Físicos do CERN realizam descoberta ao criar partículas do vácuo

Vancouver — InkDesign News — Pesquisadores da Universidade de Colúmbia Britânica publicaram em 2 de setembro um estudo inovador descrevendo um efeito análogo ao famoso fenômeno quântico de Schwinger, mas em sistemas acessíveis de laboratório. O trabalho propõe que, sob condições controladas, pares de vórtices podem surgir espontaneamente em filmes ultrafinos de hélio superfluido, trazendo novas perspectivas para o entendimento da física de transições de fase e da estrutura quântica do vácuo.

O Contexto da Pesquisa

A teoria original, proposta pelo físico Julian Schwinger em 1951, sugeria que pares de elétron-pósitron poderiam emergir do vácuo quando submetidos a campos elétricos extremamente intensos — um fenômeno até hoje não observado devido às exigências de campo inatingíveis em experimentos diretos. Esse “efeito Schwinger”, estudado no contexto da mecânica quântica e da teoria de campos, permaneceu inacessível experimentalmente.

O novo estudo, realizado pelo Dr. Philip Stamp e seu colega Michael Desrochers na Universidade de Colúmbia Britânica, aponta para um cenário experimentalmente viável ao substituir o vácuo por filmes de hélio-4 superfluido e campos elétricos por fluxos controlados do próprio superfluido. Dentro desse contexto, os pesquisadores mapeiam matemática e teoricamente a formação espontânea de pares vórtice/antivórtice, fenômeno análogo à criação de matéria prevista por Schwinger.

Resultados e Metodologia

O estudo destaca como filmes ultrafinos de hélio-4, acessíveis a baixíssimas temperaturas, tornam-se quase um “estado de vácuo sem fricção”. Conforme descreve o Dr. Stamp:

“Superfluid Helium-4 is a wonder. At a few atomic layers thick it can be cooled very easily to a temperature where it’s basically in a frictionless vacuum state.”
(“O hélio-4 superfluido é fascinante. Com apenas algumas camadas atômicas de espessura, pode ser facilmente resfriado até alcançar um estado praticamente de vácuo sem fricção.”)

— Dr. Philip Stamp, Teórico, Universidade de Colúmbia Britânica

Ao induzir fluxos nesse sistema, observam que “pares de vórtice/antivórtice surgem espontaneamente, girando em direções opostas”, criando uma analogia experimental à teoria de Schwinger. O avanço matemático central do trabalho reside na demonstração de que a massa do vórtice — historicamente considerada constante — varia dramaticamente conforme se movimentam, desafiando pressupostos anteriores e abrindo novas perspectivas para o entendimento de transições de fase em sistemas bidimensionais.

“It’s exciting to understand how and why the mass varies, and how this affects our understanding of quantum tunneling processes, which are ubiquitous in physics, chemistry and biology.”
(“É estimulante entender como e por que a massa varia, e como isso afeta nossa compreensão dos processos de tunelamento quântico, que são ubíquos na física, química e biologia.”)

— Michael Desrochers, Pesquisador, Universidade de Colúmbia Britânica

Implicações e Próximos Passos

Essa abordagem, segundo os autores, não se limita a servir de analogia para fenômenos cósmicos inatingíveis, como o vácuo profundo do espaço, buracos negros quânticos ou o próprio início do Universo. De acordo com Dr. Stamp:

“Estes são sistemas físicos reais por mérito próprio, não analogias. E podemos realizar experimentos com eles.”
(“These are real physical systems in their own right, not analogs. And we can do experiments on these.”)

— Dr. Philip Stamp, Teórico, Universidade de Colúmbia Britânica

O trabalho também propõe que a variação de massa evidenciada no hélio superfluido pode modificar a teoria original de Schwinger, sugerindo que até mesmo pares elétron-pósitron no vácuo possuem massa variável — uma hipótese que pode levar à revisão de conceitos básicos sobre o vácuo quântico.

Especialistas preveem que esses avanços possibilitarão experimentos inéditos em sistemas superfluido, colaborando também para a compreensão de transições de fase em materiais bidimensionais, processos de tunelamento quântico e potenciais aplicações em tecnologias quânticas.

À medida que se exploram sistemas ultra-resfriados e sua relação com fenômenos quânticos profundos, os próximos anos deverão trazer novas metodologias experimentais derivadas desse estudo, promovendo colaborações entre física de partículas, matéria condensada e cosmologia.

Fonte: (ScienceDaily – Ciência)