Cuando los físicos de Cornell, Robert Richardson, David Lee y Douglas Osheroff recibieron el Premio Nobel de 1996 por su descubrimiento del estado superfluido del helio líquido, Era solo el principio. Ahora, un nuevo equipo de investigadores de Cornell, sobre la base de ese trabajo, han encontrado nuevas complejidades en el fenómeno, con implicaciones para el estudio de la superconductividad y modelos teóricos del origen del universo.
"Queríamos ver nuevas transiciones de fase, "dijo Jeevak Parpia, profesor de física. Como se vio despues, vio una transición más "eficiente" en comparación con cualquier observada antes en el helio.
Los resultados se publican el 3 de julio en la revista Comunicaciones de la naturaleza . Parpia y su grupo de investigación colaboraron con un grupo dirigido por John Saunders, profesor de física, en Royal Holloway, Universidad de londres.
Cuando el isótopo de helio conocido como helio-3 se enfría a 3,2 grados por encima del cero absoluto, cambia de gas a líquido, lo que los físicos llaman un "cambio de estado". Enfríelo aún más, hasta aproximadamente una milésima de grado por encima del cero absoluto, y se convierte en un "superfluido" que puede fluir sin resistencia de su entorno. Si pones algo en un canal circular y lo empiezas a fluir alrededor del círculo, fluirá para siempre, no frenado por la fricción. Este comportamiento del helio es de gran interés porque los electrones en un superconductor también se comportan como un superfluido, fluyendo sin resistencia de los átomos en el conductor.
Para buscar la transición El grupo de investigación de Parpia utilizó la instalación de ciencia y tecnología Cornell NanoScale para hacer una cabeza de "péndulo de torsión", un disco de silicio de 14 milímetros de diámetro, en el que grabaron un canal circular de 3,5 milímetros de ancho, agregando una cubierta de vidrio para hacer que la cavidad tenga una altura de 1.08 micrones (millonésimas de metro). Girar el disco hacia adelante y hacia atrás hace que el helio superfluido fluya alrededor de la cavidad, y la cantidad superfluida se puede observar como un cambio en el período de oscilación del disco.
Los investigadores observaron las dos fases de superfluidez que Richardson, Lee y Osheroff habían informado, denominados A y B. También descubrieron que la fase A podría estar "superenfriada", pero en ninguna parte tanto como en una fase más grande, experimentos voluminosos.
Se puede ver un ejemplo de sobreenfriamiento cuando el agua se enfría por debajo del punto de congelación mientras aún permanece líquida. Pero agregue un poco de hielo o incluso un poco de polvo para formar un "punto de nucleación, "y el agua se congelará, extendiéndose desde allí.
En el experimento de Cornell, el helio en algunos casos se enfrió por debajo de la temperatura a la que se esperaba la transición de A a B, pero permaneció en la fase A, aunque podría hacer una transición espontánea a B. En sistemas grandes se cree que esta transición espontánea ocurre debido a un rayo cósmico o alguna otra radiación local que ingresó a la muestra para actuar como un punto de nucleación, o se activa por vibración. O quizás, los teóricos habían propuesto, Es posible que haya otras fases intermedias que aún no hemos identificado que ayuden a que la transición se lleve a cabo mediante un proceso denominado "tunelización resonante".
Parpia eligió un aparato nanofabricado para estudiar el efecto del confinamiento. En un superconductor, los electrones se unen en "pares de Cooper" que son magnéticamente neutros y no interactúan con los núcleos del conductor. Similar, los átomos de helio en el superfluido neutro se emparejan, orbitando uno alrededor del otro como pesos al final de una cuerda lanzada girando por el aire. Los investigadores establecieron la altura del canal de fluido para que sea comparable a algunas de las longitudes de distancia de emparejamiento, de modo que la interacción entre los pares y las paredes altera el equilibrio hacia la fase A sobre la fase B. Aún no está claro si existen nuevas fases en estas condiciones, pero debería revelarse en estudios posteriores. los investigadores dijeron, que pondrá a prueba los efectos de diversos grados de contención.
Si se confirma el papel de las fases intermedias, los investigadores dijeron, esto puede ayudar a los cosmólogos a explicar y modelar cómo el universo evolucionó "eficientemente" en una serie de transiciones de fase durante los momentos posteriores al Big Bang.
