Por primera vez, Los investigadores han documentado la aparición de "paredes unidas por cuerdas" en el superfluido helio-3, pronosticado desde hace mucho tiempo. La existencia de tal objeto, originalmente previsto por los teóricos de la cosmología, puede ayudar a explicar cómo se enfrió el universo después del Big Bang. Con la nueva capacidad de recrear estas estructuras en el laboratorio, Los científicos terrestres finalmente tienen una manera de estudiar más de cerca algunos de los posibles escenarios que podrían haber tenido lugar en el universo primitivo.

Los resultados, se publicará el 16 de enero en Comunicaciones de la naturaleza , se produjo después de dos sucesivas transiciones de fase que rompen la simetría en el Laboratorio de Baja Temperatura de la Universidad de Aalto.

El helio permanece líquido a presión atmosférica incluso cuando se enfría hasta el cero absoluto, en el que todos los demás materiales se congelan. El helio no solo permanece fluido a temperaturas criogénicas, pero se convierte en superfluido a una temperatura suficientemente baja. Un material superfluido tiene esencialmente una viscosidad cero, lo que significa que debe fluir para siempre sin perder energía.

Cuando se limita a un volumen nanoestructurado, los investigadores pueden usar fases superfluidas del isótopo helio-3 para estudiar efectos como vórtices semicánticos, remolinos en el superfluido donde la cantidad de helio que fluye está estrictamente controlada por las reglas de la física cuántica.

"Inicialmente pensamos que los vórtices semicánticos desaparecerían cuando bajáramos la temperatura. Resulta que ellos [vórtices semicánticos] realmente sobreviven cuando la muestra de helio-3 se enfría por debajo de medio milikelvin; en cambio, aparece una pared no topológica, "dice Jere Mäkinen, autor principal del estudio y estudiante de doctorado en la Universidad de Aalto.

Si bien no son muros físicos, que bloquearía el flujo, las paredes no topológicas alteran las propiedades magnéticas del helio. Los investigadores pudieron detectar los cambios mediante resonancia magnética nuclear.

En los primeros microsegundos después del Big Bang, algunos cosmólogos creen que todo el universo experimentó transiciones de fase que rompieron la simetría, como un superfluido dentro de un volumen nanoestructurado cuando se enfría. La teoría dice que las fluctuaciones cuánticas o los defectos topológicos, como paredes de dominio y vórtices cuánticos, en el universo ultracondensado se congelaron en su lugar a medida que el universo se expandía. Con el tiempo, estas fluctuaciones congeladas se convirtieron en las galaxias que vemos, y vivir en, hoy dia. Ser capaces de crear estos objetos en el laboratorio puede permitirnos comprender más sobre el universo y por qué se formó de la forma en que lo hizo.

Como bonificación, La estructura de estos defectos de tipo huracán que Mäkinen creó en el laboratorio también proporciona un modelo potencial para el estudio de la computación cuántica topológica.

"Si bien el helio-3 líquido sería demasiado difícil y costoso de mantener como material para una computadora en funcionamiento, nos da un modelo de trabajo para estudiar fenómenos que podrían usarse en materiales futuros más accesibles, " él dice.

Profesor emérito Grigori Volovik, coautor del nuevo estudio, predijo por primera vez vórtices semicánticos con V. P. Mineev en la década de 1970. Se observaron por primera vez en superfluido de helio, en el laboratorio de baja temperatura de Aalto, en 2016.