Já é possível ouvir o som de um fluido “perfeito”, a melodia quântica que deu origem ao Universo

(dr) Christine Daniloff / MIT

Uma equipa de cientistas do Massachusetts Institute of Technology (MIT) conseguiu captar, pela primeira vez, as primeiras ondas sonoras derivadas de um fluido “perfeito”.

Um fluxo perfeito forma-se quando um fluido flui com a menor quantidade de atrito, ou viscosidade, permitida pelas leis da mecânica quântica.

Pela primeira vez, uma equipa do Massachusetts Institute of Technology (MIT) registou ondas sonoras a moverem-se através de um fluido deste tipo, um feito que pode ajudar os cientistas a entender algumas das condições mais extremas do Universo, nomeadamente o interior de estrelas de neutrões ultradensas ou a “sopa” de plasma de quarks e gluões que encheu o Universo nos anos logo após o Big Bang.

“É muito difícil ouvir uma estrela de neutrões”, disse o físico Martin Zwierlein, do MIT, citado pelo Science Alert. “Agora, é possível imitar o som em laboratório usando átomos e agitando aquela sopa atómica.”

A viscosidade de um fluido pode ser medida pela forma como o som se dissipa, uma propriedade conhecida como difusão sonora. A equipa desenvolveu uma experiência, em laboratório, para propagar ondas sonoras através de um fluido de partículas fermiónicas para determinar a sua viscosidade.

Os fermiões são uma classe de partículas que incluem os blocos de construção dos átomos, como eletrões e quarks, assim como partículas feitas de fermiões, como neutrões e protões.

Segundo o princípio de exclusão de Pauli, estas partículas não podem ocupar o mesmo estado quântico, o que significa que não podem ocupar o mesmo espaço. Assim, os investigadores tiveram de congelar as partículas a temperaturas a rondar os -273,15 ºC (ou -459,67 ºF).

Depois, os cientistas aplicaram uma forte intensidade de ondas de luz que funcionaram como ponto de partida para uma reação em cadeia: as ondas sonoras passaram a ecoar através do gás, despertando o contacto entre os fermiões próximos.

Com a experiência, a equipa procurava ressonâncias acústicas, uma amplificação na onda sonora produzida quando a frequência da onda corresponde à frequência da vibração natural do meio.

Os especialistas do MIT descobriram que a difusão do som no fluido é tão baixa que pode ser descrita por uma quantidade “quântica” de atrito, dada pela constante de Planck, e pela massa dos fermiões no fluido. “Se um fluido tem baixa viscosidade, pode formar uma onda sonora muito forte e ser muito alto, se atingido na frequência certa. Se for um fluido muito viscoso, então não tem boas ressonâncias”, explicou Zwierlein.

Melodia quântica do Universo

Este trabalho, cujo artigo científico foi publicado recentemente na Science, tem algumas aplicações interessantes.

O interior das estrelas de neutrões, por exemplo, é considerado um fluido perfeito. Desta forma, os cientistas poderiam usar fluidos como o gás lítio-6 para entender melhor o interior destes corpos, assim como os sinais de ondas gravitacionais gerados pela fusão de estrelas de neutrões.

Além disso, a investigação poderia ser útil para entender melhor a supercondutividade, na qual os eletrões podem fluir livremente através dos materiais.

“Este trabalho está diretamente relacionado com a resistência dos materiais”, disse Zwierlein. “Descobrir qual a menor resistência de um gás diz-nos o que pode acontecer com os eletrões nos materiais e como se podem fazer materiais onde os eletrões são capazes de fluir de maneira perfeita. É emocionante.”