O efeito Schwinger, idealizado em 1951 pelo físico Julian Schwinger, propõe que ao aplicar um campo elétrico uniforme a um vácuo, pares de elétron-pósitron seriam criados espontaneamente a partir do nada, através de um fenômeno conhecido como tunelamento quântico. No entanto, para transformar essa teoria em algo prático, seriam necessários campos elétricos extremamente altos, além dos limites de experimentos físicos diretos. Por isso, o efeito Schwinger nunca foi observado na prática.
Pesquisadores teóricos da Universidade de British Columbia (UBC) propuseram um efeito paralelo em um sistema mais acessível. Em seu modelo, eles substituem o vácuo por um filme fino de hélio superfluido e o fluxo desse superfluido pelo campo elétrico massivo necessário. De acordo com o Dr. Philip Stamp, um dos teóricos da UBC, ao fazer o “vácuo sem fricção” fluir, em vez de pares de elétron-pósitron, pares de vórtices/antivórtices emergiriam espontaneamente, girando em direções opostas.
Qual a importância do hélio superfluido nesse contexto?
O hélio-4 superfluido apresenta propriedades peculiares quando resfriado a temperaturas extremamente baixas, assumindo um estado quase sem atrito. Isso torna o sistema uma excelente analogia para fenômenos quânticos, permitindo aos cientistas estudar processos que ocorrem no vácuo do espaço ou em buracos negros quânticos, que são inacessíveis para experimentação direta.
Como a teoria foi modificada?
O Dr. Stamp e seu colega Michael Desrochers elaboraram uma abordagem matemática detalhada para conduzir um experimento direto com o superfluido de hélio. Eles identificaram que, ao contrário do que era anteriormente assumido, a massa dos vórtices não é uma constante imutável. Ela varia significativamente à medida que os vórtices se movem, alterando fundamentalmente a compreensão sobre esses fenômenos tanto em fluidos quanto nos primórdios do universo.
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Até que ponto o trabalho pode impactar a física?
O estudo não apenas oferece uma maneira inovadora de entender os superfluidos e as transições de fase em sistemas bidimensionais, mas também propõe ajustes na teoria original de Schwinger. Segundo Stamp, a variabilidade da massa observada nos vórtices se aplicará também aos pares elétron-pósitron no efeito Schwinger, o que modificaria essencialmente a teoria de Schwinger.
O que isso representa para o futuro dos experimentos em física?
Embora o efeito principal resida na analogia com fenômenos cósmicos, a verdadeira contribuição do trabalho pode estar em experimentar diretamente em sistemas físicos concretos. Isso abre novas vertentes não só para a física quântica, mas também para a química e a biologia, onde os processos de tunelamento quântico são comuns e de grande interesse.
O avanço proposto por Stamp e Desrochers marca um passo importante na pesquisa sobre fluidos e tunelamento quântico, com potencial para ampliar a compreensão científica nessa área fascinante da física. Apoiado pelo National Science and Engineering Research Council, este trabalho continua a expandir os limites do conhecimento sobre o comportamento dos superfluidos e suas aplicações práticas e teóricas.
