Investigadores australianos criam o menor tanque de ondas do mundo, permitindo estudar dinâmicas oceânicas em escala microscópica e com precisão quântica.
Investigadores da Universidade de Queensland (UQ), na Austrália, desenvolveram uma inovação que poderá transformar o estudo da dinâmica dos fluidos: um “oceano” microscópico criado sobre um chip de silício. A tecnologia, apresentada na revista Science, utiliza uma camada de hélio superfluido com apenas alguns milionésimos de milímetro de espessura — o suficiente para reproduzir o comportamento das ondas em escala quântica.
O dispositivo, mais pequeno do que um grão de arroz, constitui o menor tanque de ondas do mundo. Segundo o físico Dr. Christopher Baker, do Departamento de Matemática e Física da UQ, o hélio superfluido permite que o líquido flua sem qualquer resistência, algo impossível com fluidos clássicos como a água, que ficam imobilizados pela viscosidade em escalas tão reduzidas.
“O estudo do movimento dos fluidos fascina-nos há séculos, pois a hidrodinâmica governa tudo — desde as ondas do oceano e os furacões até ao fluxo do sangue e do ar no corpo humano”, explicou o Dr. Baker.
“Mas muitos dos mecanismos por trás das ondas e da turbulência permaneciam um mistério.”
Usando luz laser para gerar e medir ondas neste sistema, a equipa observou fenómenos surpreendentes — incluindo ondas que se inclinavam para trás em vez de para a frente, frentes de choque e solitões (ondas solitárias) que se moviam como depressões e não como picos. Estes comportamentos exóticos tinham sido previstos teoricamente, mas nunca antes observados experimentalmente.
O projeto foi conduzido no Laboratório de Óptica Quântica de Queensland, sob a liderança do Professor Warwick Bowen, que sublinha o potencial revolucionário desta abordagem.
“Tradicionalmente, os cientistas utilizam tanques gigantes com centenas de metros para estudar ondas e tsunamis. O nosso chip faz o mesmo trabalho em milissegundos — comprimindo a duração das experiências em mais de um milhão de vezes”, destacou o professor.
Segundo Bowen, o dispositivo amplifica as não-linearidades que dão origem a comportamentos complexos, como a turbulência, em mais de 100 mil vezes, permitindo estudar fenómenos impossíveis de reproduzir em laboratório convencional.
A tecnologia poderá abrir caminho a uma nova disciplina: a hidrodinâmica programável.
Como o sistema é fabricado com técnicas semelhantes às usadas na produção de semicondutores, os investigadores conseguem ajustar a “gravidade” e as propriedades do fluido com precisão sem precedentes.
“Isto significa que poderemos usar esta plataforma para descobrir novas leis da dinâmica dos fluidos e acelerar o design de tecnologias — desde turbinas e cascos de navios até modelos de previsão meteorológica”, acrescentou Bowen.
“Num futuro próximo, poderemos explorar as cascatas de energia e os vórtices quânticos que ligam o mundo clássico ao quântico.”
O estudo foi financiado pelo US Army Research Office e pelo Centro Australiano de Excelência para Sistemas Quânticos (EQUS), e promete redefinir a forma como cientistas de todo o mundo compreendem as ondas — do mar à mecânica quântica.
