Hay dos velocidades de sonido en un condensado de Bose-Einstein. Además de la propagación normal del sonido, hay un segundo sonido, que es un fenómeno cuántico. Los científicos del grupo de Ludwig Mathey de la Universidad de Hamburgo han presentado una nueva teoría para este fenómeno.

Cuando saltas a un lago y mantienes la cabeza bajo el agua, todo suena diferente. Aparte de la diferente respuesta fisiológica de nuestros oídos en el aire y el agua, esto se deriva de la diferente propagación del sonido en el agua en comparación con el aire. El sonido viaja más rápido en el agua registro a 1493 m / s, en un agradable día de verano de 25 ° C. Otros líquidos tienen su propia velocidad de sonido, como el alcohol con 1144 m / s, y helio, si vas a un escalofriante -269 ° C por su estado licuado, con 180 m / s.

Estos líquidos se conocen como líquidos clásicos, ejemplos de uno de los estados primarios de la materia. Pero si enfriamos ese helio unos grados más, pasa algo dramático, se convierte en un líquido cuántico. Esta pantalla macroscópica de la mecánica cuántica es un superfluido, un líquido que fluye sin fricción.

Entonces, ¿qué oye si toma la desafortunada decisión de meter la cabeza en este líquido? Asombrosamente, oirá el mismo sonido dos veces. Además del sonido normal de un líquido, existe el fenómeno del segundo sonido que se deriva de la naturaleza cuántica de este líquido. Si alguien te dice algo mientras estás sumergido en helio superfluido, lo oirás primero como el primer sonido, y luego tenga una segunda oportunidad de escuchar cuando llegue como segundo sonido, aunque fuertemente silenciado. Para helio superfluido, el segundo sonido es un poco más lento que el primer sonido, con 25 m / s frente a 250 m / s, entre 1 y 2 Kelvin.

Si bien la teoría convencional del segundo sonido ha tenido éxito para el helio superfluido, El aumento de los condensados ​​de Bose-Einstein de átomos ultrafríos ha planteado nuevos desafíos. Un equipo de científicos dirigido por Ludwig Mathey de la Universidad de Hamburgo ha presentado una nueva teoría que captura el segundo sonido en estos líquidos cuánticos. publicado recientemente en Revisión física A .

"Para el helio superfluido, el segundo sonido es más lento que el primer sonido, "explica el coautor Vijay Singh, "pero nos sorprendió descubrir que esto no es necesariamente cierto, que el segundo pulso puede ser más rápido ". Se necesitaba un nuevo enfoque teórico para capturar esto. Los problemas modernos requieren soluciones modernas, como ellos dicen.

"Generalizamos la integral de la ruta de Feynman para ampliar la teoría de los superfluidos, "describe el avance conceptual del autor principal, Ilias Seifie. Si bien el camino es integral, brillantemente concebido por Richard Feynman, formula la mecánica cuántica como una suma de trayectorias, estas trayectorias en sí mismas son clásicas. "Modificamos el aspecto de estas trayectorias", continúa Seifie, "en nuestra integral de trayectoria contienen información sobre fluctuaciones cuánticas". Imagine un fideo de piscina que se extiende de A a B como la visualización de un hombre pobre de una trayectoria que entra en la integral de la trayectoria de Feynman. La sección transversal del fideo es más o menos redonda con un diámetro constante a lo largo de su longitud. Pero en el nuevo camino integral, la forma de la sección transversal puede variar, puede tomar formas elípticas, imagina apretando los fideos de la piscina juntos. Oportunamente, Los físicos se refieren a estos estados de la mecánica cuántica como estados comprimidos.

"Este enfoque es de amplia aplicación, "explica Ludwig Mathey, "Se puede aplicar a cualquier método que se base en integrales de ruta". En efecto, muchos fenómenos en la interfaz de la física cuántica y clásica se pueden imaginar para ser mejor entendidos con este enfoque. Uno podría simplemente exprimir un poco más de información de la naturaleza con este nuevo marco.