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    Una nueva visión de los superfluidos revela una tormenta en la superficie

    El descubrimiento de una capa de "tormenta" creada cuando el helio superfluido fluye a través de una superficie rugosa ha dado un vuelco a un siglo de comprensión sobre uno de los descubrimientos más importantes de la física cuántica.

    Matemáticos de la Universidad de Newcastle, REINO UNIDO, han demostrado por primera vez que el helio superfluido tiene una capa límite que se 'adhiere' a las superficies de la misma manera que un fluido ordinario.

    Sin embargo, a diferencia de los fluidos normales que se retiran por fricción, en el helio superfluido, la resistencia es causada por la creación de mini tornados, que se enredan como espaguetis, ralentizando el flujo.

    Publicado hoy en la revista académica Cartas de revisión física , Esta primera evidencia de una capa de 'tormenta' cambia todas las suposiciones anteriores sobre cómo se mueven los superfluidos y podría usarse para comprender mejor su uso como refrigerantes y en dispositivos de medición de precisión como los giroscopios.

    Tormenta en vaso de té

    Autor principal del artículo Dr. George Stagg, de la Escuela de Matemáticas y Estadística de la Universidad de Newcastle, dice que para visualizar los resultados de la investigación solo necesita pensar en su taza de té de la mañana.

    "Imagina que revuelves una taza de té y luego retiras la cuchara, " el explica.

    "Parece que todo el té se arremolina, pero en realidad en la pared de la taza el té se detiene ya que se atasca allí. Debido a la fricción, las capas adyacentes de líquido se retienen cuando intentan girar alrededor de la taza. Esta "capa límite" pronto hace que el flujo se detenga.

    "Pero si repitiéramos con una taza de helio superfluido, el fluido seguiría girando para siempre ya que no hay fricción, y sin capa límite, para retenerlo.

    "O al menos esto es lo que siempre se ha creído.

    “Lo que nuestra investigación ha demostrado es que este fenómeno solo es cierto para superficies perfectamente lisas. Si la superficie es 'rugosa' hasta la escala de nanómetros, como son todas las superficies, luego se crean mini tornados a medida que el superfluido fluye más allá de la superficie.

    "Estos vórtices arremolinados se enredan como espaguetis y, al igual que cuando escurrimos los espaguetis y los dejamos durante demasiado tiempo en una sartén, se pegan, creando una capa límite de movimiento lento entre el fluido de movimiento libre y la superficie.

    "Así que en nuestra taza de té, lo que en realidad veríamos alrededor del borde es una "tormenta":una capa de tornados en remolino que se pegan y hacen que el flujo de fluido más cercano al límite casi se detenga.

    "Esto significa que, contrario a nuestro entendimiento pasado, el helio superfluido en realidad se comporta de la misma manera que un fluido ordinario ".

    Uno de los descubrimientos más importantes del siglo XX.

    El helio es uno de los pocos elementos conocidos que nunca se convertirá en un sólido pero que permanece líquido incluso a temperaturas extremadamente bajas.

    En 1908, El físico holandés Kamerlingh Onnes se convirtió en la primera persona en licuar helio y dos años más tarde descubrió que cuando se enfriaba a solo un par de grados por encima del cero absoluto, dejaría de hervir abruptamente.

    Serían varias décadas después, sin embargo, antes de que los científicos pudieran explicar las extrañas propiedades del helio súper frío:su falta de viscosidad y su limitación para arremolinarse solo a través de pequeños tornados de tamaño y fuerza fijos.

    Junto con otras propiedades, estos se convirtieron en los "sellos distintivos de la superfluidez".

    "Este flujo sin obstáculos fue una de las propiedades más interesantes de un superfluido, "explica el Dr. Nick Parker, Profesor Titular de Matemática Aplicada y coautor del artículo.

    "Cambió todo lo que creíamos saber sobre las leyes de la fricción. Por ejemplo, si revolvemos una taza de té y creamos un 'tornado', Tan pronto como retiramos la cuchara, el tornado comienza a disminuir y finalmente se detiene. Pero si agitamos un superfluido, el tornado continuará para siempre incluso una vez que se haya quitado la cuchara.

    "Esta falta de viscosidad es una de las características clave que define a un superfluido".

    Importancia de las capas límite

    Las capas límite surgen cuando los fluidos cotidianos, fluyendo más allá de las superficies, son ralentizados por fuerzas viscosas y comprender lo que está sucediendo en la capa límite es particularmente importante en ingeniería.

    "Ver esta estrecha conexión entre los superfluidos y los fluidos clásicos nos ayuda a reconstruir los vínculos entre estos tipos de fluidos aparentemente distintos, posiblemente incluso para formar una comprensión universal de cómo fluyen los fluidos a través de las superficies, "dice el Dr. Parker.

    "Las capas límite son cruciales en los fluidos normales para muchas aplicaciones, como mejorar el flujo de líquidos a través de las tuberías o la escorrentía del agua de lluvia en los materiales de construcción.

    Ahora, en superfluidos, podemos utilizar este conocimiento para mejorar sus aplicaciones como refrigerantes y en dispositivos de medición de precisión como los giroscopios ".

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