Tradicionalmente, quando pensamos em ondas sonoras, pensamos em vibrações invisíveis que se movem sem peso pelo ar, não carregando nada de massa. Mas isso pode estar prestes a mudar.
Um artigo publicado na revista Physical Review Letters descreve uso de técnicas efetivas da teoria de campo tentando medir a massa transportada pelas ondas sonoras. Angelo Esposito, Rafael Krichevsky e Alberto Nicolis são os autores. A expectativa dos três era confirmar os resultados encontrados por uma equipe no ano passado.
Por muitos anos os físicos se sentiram confiantes em afirmar que as ondas sonoras carregam energia. Mas não havia evidências que sugerissem que essas ondas também fossem capazes de transportar massa. Parecia não haver razão para acreditar que ondas sonoras gerariam um campo gravitacional. Mas isso mudou no ano passado.
Os físicos Nicolis e Riccardo Penco juntamente com Bart Horn encontraram evidências matemáticas, em 2015, de que o pensamento convencional estava errado. Para isso, eles usaram a teoria quântica de campo. Mas os pesquisadores Penco e Horn não participaram do estudo recém-publicado na Physical Review Letters.
O estudo de 2018, publicado agora, consistiu em mostrar que as ondas sonoras carregavam uma pequena quantidade de massa. Segundo o estudo, esse transporte de massa foi observado com ondas sonoras se propagando através do hélio superfluido. Mais especificamente: fônons interagem com a gravidade de uma maneira que os força a transportar massa ao correr pelo material. Um fônon é uma excitação mecânica que se propaga pela rede cristalina de um sólido.
Superfluidez
A superfluidez consiste em um estado anômalo de líquidos, de natureza quântica. Nesse estado, os líquidos se encontram sob uma temperatura muito baixa comportando-se como se não tivesse viscosidade. Além disso, apresentam uma transmissão de calor anormalmente elevada. Este fenômeno foi observado pela primeira vez no hélio líquido. Contudo, há aplicações do fenômeno não só nas teorias acerca hélio liquefeito. Também é aplicado na astrofísica e nas teorias da gravitação quântica.
Nesse novo esforço, os pesquisadores relatam evidências de que os resultados do ano passado são verdadeiros. Porém, não somente para hélio superfluido, mas também para a maioria dos materiais. Com a teoria de campo, eles demonstraram que uma onda sonora de um watt que se movia por um segundo na água levaria uma massa de aproximadamente 0,1 miligramas. Além disso, observam ainda que a massa foi encontrada como uma fração da massa total de um sistema que se movia com a onda, já que ela era deslocada de um local para outro.
É importante ressaltar que os pesquisadores não mediram a massa transportada por uma onda sonora. Eles usaram matemática para provar que isso acontece.
Novas pesquisas
Para medições do mundo real, o trio sugere experimentos subsequentes. Novos testes poderiam ser conduzidos com ondas sonoras enquanto elas se movem por um condensado de Bose-Einstein. O condensado de Bose-Einstein é uma fase da matéria formada por bósons a uma temperatura muito próxima do zero absoluto. Nestas condições, uma grande fração de átomos atinge o mais baixo estado quântico. Contudo, nessas condições, os efeitos quânticos podem ser observados em escala macroscópica.
A configuração do experimento proposto pelos três pesquisadores pode mostrar massa suficiente sendo transportada. E isso pode permitir medir a massa transportada por uma onda sonora.
Mas eles também notaram que uma melhor abordagem seria medir a massa transportada pelas ondas sonoras que se movem pela Terra como parte de um terremoto. A grande quantidade de som gerado em um terremoto pode transportar bilhões de quilos de massa. Em tese, toda essa massa poderia ser detectada em dispositivos capazes de medir campos gravitacionais.
Saiba mais em “Surge evidência que fônons podem transportar massa”.
Referências:
- Esposito, A. et al. Gravitational Mass Carried by Sound Waves, Physical Review Letters (2019). DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.084501 (arXiv:1807.08771v2);
- Horn, B. et al. Effective string theory for vortex lines in fluids and superfluids. https://arxiv.org/abs/1507.05635.
