Na ciência, seja na física, engenharia ou em outras áreas, define-se por calor a “energia que é transferida entre parcelas de matéria em contato, exclusivamente em virtude da diferença de temperaturas entre elas”. Ou seja, o calor vai se espalhar de acordo com uma fonte específica em direção a outros corpos com temperaturas menores. Porém, como cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (Massachusetts Institute of Technology, MIT) confirmaram, nem todos os elementos do nosso universo obedecem essa regra.
Em mecânica quântica, existe um fenômeno conhecido como ‘segundo som’. Ele ocorre quando existe uma transferência de calor que se perpetua não pela forma comum da difusão e sim através de um movimento de onda. Daí que deriva o nome de ‘segundo som’, pois a onda de calor se assemelha à forma que o som se propaga no ar.
Obviamente que um fenômeno peculiar não ocorre com qualquer tipo de material que você possa encontrar no universo. Ele ocorre com os gases quânticos que são um tipo de fluido quântico. Entende-se por fluido quântico sistemas que têm efeitos mecânicos quânticos em nível macroscópico. Alguns exemplos são os supercondutores, átomos ultra frios e superfluídos. A superfluidez é uma característica dos gases quânticos, onde o fluido se encontra numa temperatura tão baixa que ele se comporta como se não houvesse viscosidade e a transmissão de calor ocorre numa escala anormalmente elevada.
O fenômeno do ‘segundo som’ já havia sido observado há algum tempo, porém foram os cientistas do MIT que conseguiram capturá-lo numa imagem. O achado foi descrito recentemente na revista Science e para tal os autores precisaram desenvolver um novo método de termografia, ou seja, de mapeamento de calor.
Richard Fletcher, professor assistente do MIT e co-autor do artigo, descreveu o fenômeno durante o comunicado da descoberta. Ele utilizou uma analogia com uma panela fervendo para explicar melhor o que seria o ‘segundo som’ dos superfluidos. Segundo ele, “É como se você tivesse um tanque de água e aquecesse metade dele até quase ferver. Se você observar a água, ela parece completamente calma, porém de repente um lado está quente e em seguida o outro lado está bem. O calor vai para frente e para trás, enquanto a água permanece totalmente parada”.
Para se obter um superfluido é necessário submeter uma nuvem de átomos a temperaturas muitíssimo frias que estejam próximas do zero absoluto que se encontra em 273,15 °C ou 0 K. Isso faz com o que os átomos se comportam como se estivessem num ambiente livre de qualquer ação de atrito que seria necessário para o calor conseguir se propagar como onda.
O autor principal do artigo e professor de Física no MIT, Martin Zwierlein, adiciona que o ‘segundo som’ seria a “marca registrada” da superfluidez. Até o momento só podia ver isso nos gases refrigerados através de um reflexo fraco das ondulações de densidade que acompanha o fenômeno. Por isso, antes da publicação do estudo, não havia como provar que o caráter da onda de calor de fato existia.
Como o calor em onda não emite radiação infravermelha, Zwierlein e sua equipe precisaram desenvolver uma forma de usar frequências de rádio para rastrear partículas subatômicas, os férmions de lítio-6. Tais partículas podem ser capturadas por meio de diferentes frequências e foi com essa técnica que os pesquisadores conseguiram se concentrar nas frequências mais quentes da onda e rastreá-la ao longo de um período de tempo.
Apesar de superfluídos estarem longe de fazer parte do dia-a-dia de uma pessoa comum, o estudo das propriedades do ‘segundo som’ pode levar a aplicações inimagináveis para a ciência de supercondutores e também da astrofísica.
