Quando uma nuvem de átomos é refrigerada próxima ao zero absoluto, seus átomos podem se fundir em um condensado de Bose-Einstein (BEC): um fluido exótico em que átomos ao longo da nuvem compartilham um único estado quântico.

Através de novos experimentos detalhados na revista Physical Review Letters, uma equipe liderada por Sebastian Morris da Universidade de Cambridge capturou este processo pela primeira vez. Usando uma abordagem de imagens inovadora, eles observaram diretamente a decaying desses vórtices - confirmando a teoria conhecida como 'turbulência de Vinen'.

Vórtices quantum em ação

Nas BECs, comportamentos quânticos que normalmente estão confinados a partículas individuais ocorrem em escala macroscópica. Como outros fluidos quânticos, uma BEC não pode circular livremente como água: em vez disso, qualquer rotação é concentrada em finas, fios-vórtice, cada qual carregando uma circulação quântica quantizada.

Segundo a teoria de 'turbulência de Vinen', novas BECs conterão uma tangle caótica desses fios, que gradualmente se desemaranham à medida que se relaxam. Até agora, físicos viram indícios deste efeito em hélio superfluído, mas apenas indiretamente. Em gases atômicos, vórtices foram principalmente imagerizados em sistemas planos, 2D. Para testar a ideia corretamente em um gás 3D, os pesquisadores precisavam ver e contar os vórtices.

Imaginando o fluido

No estudo, a equipe de Morris começou com uma BEC de átomos de potássio, mantida em uma armadilha de luz cilíndrica uniforme, menos de um décimo de milímetro de diâmetro. Eles primeiro perturbaram o gás para desordenar seu estado ordenado, depois ligaram interações entre os átomos e deixaram o sistema relaxar.

Ao longo deste relaxamento, eles liberaram o gás, aumentaram sua imagem cerca de 3,5 vezes e fotografaram uma fatia fina da nuvem expandida. Nas imagens, os vórtices apareceram como manchas escuras onde os fios passavam pela fatia.

Pelo repetir o processo muitas vezes, a equipe estimou a totalidade da extensão dos fios-vórtice embutidos em cada unidade do volume do gás. Isso lhes permitiu testar a lei teórica descrita como como essa quantidade deve encolher ao longo do tempo.