{"id":276,"date":"2012-11-23T07:00:40","date_gmt":"2012-11-23T06:00:40","guid":{"rendered":"http:\/\/scienceblogs.com.br\/caderno\/?p=276"},"modified":"2012-11-23T07:00:40","modified_gmt":"2012-11-23T06:00:40","slug":"super-quantico2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/caderno\/2012\/11\/23\/super-quantico2\/","title":{"rendered":"Super Qu\u00e2ntico &#8211; parte 2"},"content":{"rendered":"<p><a href=\"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/caderno\/wp-content\/uploads\/sites\/213\/2012\/11\/largesuperqlogolightweighttshirt_design1.png\" data-rel=\"lightbox-image-0\" data-rl_title=\"\" data-rl_caption=\"\" title=\"\"><img fetchpriority=\"high\" decoding=\"async\" class=\"aligncenter size-full wp-image-277\" src=\"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/caderno\/wp-content\/uploads\/sites\/213\/2012\/11\/largesuperqlogolightweighttshirt_design1.png\" alt=\"\" width=\"244\" height=\"244\" srcset=\"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/caderno\/wp-content\/uploads\/sites\/213\/2012\/11\/largesuperqlogolightweighttshirt_design1.png 244w, https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/caderno\/wp-content\/uploads\/sites\/213\/2012\/11\/largesuperqlogolightweighttshirt_design1-150x150.png 150w, https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/caderno\/wp-content\/uploads\/sites\/213\/2012\/11\/largesuperqlogolightweighttshirt_design1-200x200.png 200w, https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/caderno\/wp-content\/uploads\/sites\/213\/2012\/11\/largesuperqlogolightweighttshirt_design1-24x24.png 24w, https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/caderno\/wp-content\/uploads\/sites\/213\/2012\/11\/largesuperqlogolightweighttshirt_design1-48x48.png 48w, https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/caderno\/wp-content\/uploads\/sites\/213\/2012\/11\/largesuperqlogolightweighttshirt_design1-96x96.png 96w\" sizes=\"(max-width: 244px) 100vw, 244px\" \/><\/a><\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">Bem vindo \u00e0 segunda parte da nossa conversa sobre os superfen\u00f4menos da F\u00edsica. Se voc\u00ea n\u00e3o leu a primeira, pode faz\u00ea-lo neste link <a href=\"http:\/\/scienceblogs.com.br\/caderno\/2012\/11\/super-quantico1\/\">aqui<\/a>. Se est\u00e1 com pregui\u00e7a, eu resumo o que h\u00e1 de importante nessa hist\u00f3ria:<\/p>\n<ul style=\"text-align: justify\">\n<li>Fen\u00f4menos qu\u00e2nticos ganham o nome de &#8220;super&#8221; quando o mecanismo por tr\u00e1s deles \u00e9 dito um comportamento coletivo<\/li>\n<li>Os mais conhecidos s\u00e3o a superfluidez, a supercondutividade, os super-\u00e1tomos e os supers\u00f3lidos<\/li>\n<li>Superfluidos, em especial, carregam duas caracter\u00edsticas importantes para a discuss\u00e3o a seguir: os \u00e1tomos de um superfluido s\u00e3o delocalizados, ou seja, n\u00e3o \u00e9 poss\u00edvel assinalar uma posi\u00e7\u00e3o no espa\u00e7o para cada um deles e um superfluido \u00e9 irrotacional: se voc\u00ea tentar rod\u00e1-lo, ele ficar\u00e1 paradinho.<\/li>\n<\/ul>\n<p style=\"text-align: justify\">Tudo isso pra dizer que neste post vamos nos focar num \u00fanico assunto, bem recente e bem quente (e que motivou toda a discuss\u00e3o): a des-descoberta da exist\u00eancia de uma fase super-s\u00f3lida em H\u00e9lio. \u00c9 isso mesmo: alguns anos atr\u00e1s, um pesquisador mostrou que H\u00e9lio s\u00f3lido, sob certas condi\u00e7\u00f5es transformava-se em um super-s\u00f3lido. Neste ano, ele mesmo mostrou que estava errado. Sem mais delongas, vamos cair de cabe\u00e7a no t\u00f3pico.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\"><span style=\"text-decoration: underline\"><strong>O que \u00e9 um s\u00f3lido?<\/strong><\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">Via de regra, um s\u00f3lido \u00e9 um arranjo peri\u00f3dico e bem definido de \u00e1tomos, igualmente espa\u00e7ados, formando uma rede, muitas vezes chamada rede cristalina. Esse tipo de arranjo \u00e9 f\u00e1cil de visualizar, mas eu ajudo voc\u00ea e coloco uma vers\u00e3o simplificada na imagem abaixo.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\"><a href=\"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/caderno\/wp-content\/uploads\/sites\/213\/2012\/11\/250px-Equilateral_Triangle_Lattice.svg_.png\" data-rel=\"lightbox-image-1\" data-rl_title=\"\" data-rl_caption=\"\" title=\"\"><img decoding=\"async\" class=\"aligncenter size-full wp-image-300\" src=\"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/caderno\/wp-content\/uploads\/sites\/213\/2012\/11\/250px-Equilateral_Triangle_Lattice.svg_.png\" alt=\"\" width=\"250\" height=\"183\" srcset=\"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/caderno\/wp-content\/uploads\/sites\/213\/2012\/11\/250px-Equilateral_Triangle_Lattice.svg_.png 250w, https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/caderno\/wp-content\/uploads\/sites\/213\/2012\/11\/250px-Equilateral_Triangle_Lattice.svg_-200x146.png 200w\" sizes=\"(max-width: 250px) 100vw, 250px\" \/><\/a><\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">Um s\u00f3lido real, obviamente, \u00e9 tridimensional, e o arranjo dos \u00e1tomos pode tomar diferentes formas e n\u00e3o apenas a triangular (voc\u00ea v\u00ea que a unidade b\u00e1sica \u00e9 um tri\u00e2ngulo nesse caso?) que \u00e9 mostrada na figura. Mas a ideia \u00e9 essa.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">Tem algo sobre s\u00f3lidos reais que falta dizer e que \u00e9 importante: eles n\u00e3o s\u00e3o arranjos perfeitos. Sabe os pontinhos pretos da figura? Num s\u00f3lido real alguns desses falham, s\u00e3o vazio, chamados de vac\u00e2ncias ou &#8220;defeitos&#8221; mesmo. Eles n\u00e3o precisam nem ser vazios da rede cristalina, mas preenchidos por outro \u00e1tomos, esp\u00e9cies, etc. Essas vac\u00e2ncias ter\u00e3o um papel essencial no que \u00e9 um supers\u00f3lido. Mas, afinal&#8230;<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\"><span style=\"text-decoration: underline\"><strong>O que \u00e9 um supers\u00f3lido?<\/strong><\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">Eu queria que houvesse uma resposta f\u00e1cil, mas n\u00e3o tem, ent\u00e3o l\u00e1 vai: um supers\u00f3lido \u00e9 um s\u00f3lido, como o descrito acima, mas que tamb\u00e9m \u00e9 superfluido. Pronto falei. Voc\u00ea percebe qu\u00e3o bizarra \u00e9 essa defini\u00e7\u00e3o? Sim? N\u00e3o? Vamos l\u00e1: num s\u00f3lido, os \u00e1tomos est\u00e3o localizados em posi\u00e7\u00f5es fixas no espa\u00e7o, numa rede <em>ordenada<\/em>. Num superfluido, eles est\u00e3o <em>delocalizados<\/em> espacialmente, est\u00e3o aqui, ali e em todo lugar ao mesmo tempo, sem um ordem cristalina. Pois um supers\u00f3lido \u00e9 exatamente a coexist\u00eancia dessas duas propriedades aparentemente antag\u00f4nicas: a ordem de um s\u00f3lido com a delocaliza\u00e7\u00e3o de um superfluido. Repete a\u00ed comigo, vai: &#8220;Ah! Como \u00e9 linda a mec\u00e2nica qu\u00e2ntica e os n\u00f3s que ela d\u00e1 na nossa cabe\u00e7a!&#8221;<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\"><span style=\"text-decoration: underline\"><strong>Como um s\u00f3lido pode ser superfluido?<\/strong><\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">Pois \u00e9. Eu tamb\u00e9m me pergunto isso. Mas os te\u00f3ricos dizem que pode e abaixo eu tento traduzir o que eu entendi pra voc\u00eas. Lembra das vac\u00e2ncias? Os defeitos da rede cristalina? S\u00e3o eles que fazem parte da m\u00e1gica aqui. Lembre-se que aqui estamos falando de mec\u00e2nica qu\u00e2ntica, ent\u00e3o em uma determinada posi\u00e7\u00e3o do espa\u00e7o, n\u00e3o h\u00e1 apenas uma vac\u00e2ncia ou um \u00e1tomo mas uma superposi\u00e7\u00e3o dos dois, uma vac\u00e2ncia E um \u00e1tomo. Al\u00e9m disso, se uma vac\u00e2ncia efetivamente se move pra esquerda, isso \u00e9 equivalente a termos \u00e1tomos se movendo para a direita. Agora, num supers\u00f3lido, as vac\u00e2ncias s\u00e3o superfluidas: elas est\u00e3o delocalizadas por toda a rede cristalina e se movem livremente. Logo, a rede cristalina, formada pelos \u00e1tomos, tamb\u00e9m se move sem qualquer resist\u00eancia, como um superfluido, mas mant\u00e9m seu ordenamento espacial intacto. Bizarro, n\u00e3o? Mas a ideia \u00e9 por a\u00ed.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">Como tudo o que envolve superfluidez come\u00e7a de alguma forma com o estudo de H\u00e9lio, tamb\u00e9m este \u00e9 o caso para supers\u00f3lidos. A proposta \u00e9 que quando H\u00e9lio se solidifica, um s\u00f3lido normal, a princ\u00edpio, mesmo em temperaturas muito baixas, ele tem uma quantidade apreci\u00e1vel de vac\u00e2ncias, defeitos que n\u00e3o aparecem em outros s\u00f3lidos convencionais quando a temperatura se aproxima do zero absoluto. Quando se resfria esta s\u00f3lido, as vac\u00e2ncias tornam-se um superfluido e a\u00ed, bingo: temos um supers\u00f3lido.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">E a\u00ed, como efetivamente observar esse fen\u00f4meno t\u00e3o bizarro? Bom, coube a Kim e Chan em 2004 a &#8220;descoberta&#8221; de supersolidez em H\u00e9lio s\u00f3lido, tendo descrito seus trabalhos aqui:\u00a0E. Kim and M. H. W. Chan, \u201cProbable Observation of a Supersolid Helium Phase,\u201d\u00a0<a href=\"http:\/\/dx.doi.org\/10.1038\/nature02220\">Nature\u00a0427, 225 (2004)<\/a>; E. Kim, \u201cObservation of Superflow in Solid Helium,\u201d\u00a0<a href=\"http:\/\/dx.doi.org\/10.1126\/science.1101501\">Science305, 1941 (2004)<\/a>. Vamos ver como isso funciona.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\"><strong><span style=\"text-decoration: underline\">A (incorreta) observa\u00e7\u00e3o de H\u00e9lio supers\u00f3lido<\/span><\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">Lembra que eu falei pra voc\u00ea lembrar que uma das principais caracter\u00edsticas de um superfluido \u00e9 a sua resist\u00e2ncia a girar? Pois agora vamos usar esse fato. O que Kim e Chan fizeram foi colocar H\u00e9lio em um &#8220;recipiente&#8221; de Vycor, um tipo de vidro. Colocado sob press\u00e3o, H\u00e9lio se torna um s\u00f3lido dentro deste recipiente. Esse conjunto, na forma de uma pizza (de massa grossa) \u00e9 colocado pra rodar num &#8220;p\u00eandulo de tor\u00e7\u00e3o&#8221; que \u00e9 o sisteminha simples que voc\u00ea v\u00ea na figura abaixo.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/caderno\/wp-content\/uploads\/sites\/213\/2012\/11\/ang_shm_anim.gif\" data-rel=\"lightbox-image-2\" data-rl_title=\"\" data-rl_caption=\"\" title=\"\"><img decoding=\"async\" class=\"aligncenter size-full wp-image-304\" src=\"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/caderno\/wp-content\/uploads\/sites\/213\/2012\/11\/ang_shm_anim.gif\" alt=\"\" width=\"264\" height=\"291\" \/><\/a><\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">\u00a0O experimento \u00e9 razoavelmente simples de se entender: a freq\u00fc\u00eancia com que o p\u00eandulo oscila depende da massa dentro do prato, atrav\u00e9s de uma quantidade chamada momento de in\u00e9rcia. Quando o prato \u00e9 resfriado, uma mudan\u00e7a nessa frequ\u00eancia de oscila\u00e7\u00e3o indica que alguma fra\u00e7\u00e3o da massa presente &#8220;se desacoplou&#8221; do p\u00eandulo. Algu\u00e9m a\u00ed leu &#8220;se desacoplou&#8221; como &#8220;parou de girar&#8221;? Pois os autores do trabalho fizeram essa mesma interpreta\u00e7\u00e3o: a freq\u00fc\u00eancia mudou ao se resfriar o prato (abaixo de 200 mK) porque parte do H\u00e9lio s\u00f3lido tornou-se superfluido, ou seja, um supers\u00f3lido, e, como todo bom superfluido, recusa-se a girar.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">O fato \u00e9 que os autores fizeram a &#8220;tarefa de casa&#8221; e realizaram in\u00fameros experimentos de controle, sempre com resultados apontando qua a \u00fanica solu\u00e7\u00e3o poss\u00edvel para a mudan\u00e7a na oscila\u00e7\u00e3o do p\u00eandulo era a exist\u00eancia de uma fra\u00e7\u00e3o supers\u00f3lida l\u00e1 dentro. Jackpot!<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">De fato, ao longo dos meses e anos seguintes, diversos outros experimentos observaram o mesmo comportamento. No entanto, havia discrep\u00e2ncias s\u00e9rias na magnitude da mudan\u00e7a da freq\u00fc\u00eancia de oscila\u00e7\u00e3o. A coisa ficou ainda mais s\u00e9ria quando, ao realizarem experimentos controlando a quantidade de vac\u00e2ncias presentes, ou seja, a quantidade de H\u00e9lio que poderia se tornar supers\u00f3lido, foram observados alguns resultados contradit\u00f3rios. Em outras palavras: quando se esperava mais super-s\u00f3lido presente, ou seja, uma mudan\u00e7a maior na freq\u00fc\u00eancia de oscila\u00e7\u00e3o, o efeito observado era contr\u00e1rio. E vice-versa.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">Isso fez com que muitos te\u00f3ricos se debrussassem sobre o problema, oferecendo s\u00f3lidos argumentos contra a exist\u00eancia de um supers\u00f3lido no experimento original. As propostas estimularam novos experimentos a fim de confirmar e\/ou rejeitar solidamente o suposto super-s\u00f3lido.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\"><span style=\"text-decoration: underline\"><strong>Os novos experimentos<\/strong><\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">A proposta dos te\u00f3ricos era de que H\u00e9lio s\u00f3lido poderia modificar suas propriedades com a temperatura t\u00e3o baixa e isso teria uma conseq\u00fc\u00eancia que poderia ser confundida com a exist\u00eancia de um supers\u00f3lido. Em especial, o m\u00f3dulo de cisalhamento poderia mudar. Apesar do nome feio, essa \u00e9 apenas a forma de se quantificar a tend\u00eancia de um s\u00f3lido a se deformar. E se H\u00e9lio s\u00f3lido ficar mais &#8220;duro&#8221; com a temperatura, ele pode sim modificar o comportamento do p\u00eandulo de tor\u00e7\u00e3o.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">Pois este ano, Kim e Chan, os mesmos pesquisadores que &#8220;observaram&#8221; o supers\u00f3lido, com um experimento similar ao de 2004 mas desenhado para evitar efeitos na mudan\u00e7a deste m\u00f3dulo de cisalhamento, fizeram novas medidas. E a freq\u00fc\u00eancia de oscila\u00e7\u00e3o do p\u00eandulo n\u00e3o muda. Ou seja: n\u00e3o h\u00e1 supers\u00f3lido no sistema deles. A pesquisa foi publicada aqui: <a href=\"http:\/\/prl.aps.org\/abstract\/PRL\/v109\/i15\/e155301\" target=\"_blank\" rel=\"noopener noreferrer\">Phys. Rev. Lett. <strong>109<\/strong>, 155301 (2012)<\/a> e talvez seja a primeira vez que eu vejo um resultado &#8220;negativo&#8221; ser publicado numa revista t\u00e3o conceituada.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">Toda essa hist\u00f3ria mostra bem como a ci\u00eancia funciona: observa-se, testa-se, testa-se mais, e mais e mais at\u00e9 que as hip\u00f3teses todas s\u00e3o testadas e confirmadas e\/ou rejeitadas. E a\u00ed testa-se mais um pouco \u00e0 medida que aprende-se novos aspectos da ci\u00eancia. A gra\u00e7a aqui est\u00e1 na &#8220;dramaticidade&#8221; da hist\u00f3ria, com o mesmo pesquisador observando e des-observando algo que, se fosse verdadeiro, poderia coloc\u00e1-lo na pista expressa para o pr\u00eamio Nobel. Agora, n\u00e3o mais.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\"><span style=\"text-decoration: underline\"><strong>E agora, Jos\u00e9?<\/strong><\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify\">Bom, agora a busca continua. Enquanto alguns pesquisadores n\u00e3o acreditam que um super-s\u00f3lido, essa fase t\u00e3o bizarra da mat\u00e9ria possa existir, outros afirmam que, matematicamente, ela tem que existir (n\u00e3o me pergunte os detalhes). Uma op\u00e7\u00e3o s\u00e3o gases qu\u00e2nticos com intera\u00e7\u00f5es dipolares, que deveriam mostrar fases que se parecem com um super-s\u00f3lido, mas em um g\u00e1s. A \u00fanica certeza que se tem \u00e9 que a \u00a0procura continua e a vaga na &#8220;pista expressa&#8221; na dire\u00e7\u00e3o de Estocolmo pela observa\u00e7\u00e3o de supersolidez continua aberta.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Bem vindo \u00e0 segunda parte da nossa conversa sobre os superfen\u00f4menos da F\u00edsica. Se voc\u00ea n\u00e3o leu a primeira, pode faz\u00ea-lo neste link aqui. 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