Los científicos del Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético con sede en la Universidad Estatal de Florida han hecho un descubrimiento en la dinámica de fluidos que realmente vale la pena descorchar una botella de buen vino.

Wei Guo, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Facultad de Ingeniería FAMU-FSU, y el asistente de investigación graduado de MagLab, Toshiaki Kanai, publicaron un nuevo estudio en la revista. Cartas de revisión física que arroja luz sobre cómo surgen los fluidos cuánticos, también llamados superfluidos. Resulta que usan un mecanismo de sacacorchos.

A nivel atómico, Estos fluidos obedecen un conjunto de reglas completamente diferente que surgen a temperaturas ultrabajas, o criogénico, temperaturas. En este caso, esa temperatura ronda los -273 grados Celsius (alrededor de -460 grados Fahrenheit), mucho más frío que en cualquier lugar de la Tierra. Solo se puede llegar a un entorno así con un gran esfuerzo en laboratorios especiales.

En otras palabras, fluidos cuánticos, también llamados superfluidos, son realmente extrañas. También son de gran interés para los científicos, en parte porque existen en el cosmos, en estrellas de neutrones y, posiblemente, en materia oscura.

"Estrellas de neutrones, esencialmente, son grandes, Gotas rotativas de superfluidos, y esas gotas pueden fusionarse, "dijo Guo, un físico capacitado que supervisa el Grupo de Investigación en Criogenia de MagLab. "Entonces hicimos la pregunta:¿Qué sucede cuando las gotas de superfluido rotativas se fusionan? ¿Cómo se transfiere la rotación de una a otra?"

La respuesta que obtuvieron basado en simulaciones numéricas, fue una gran sorpresa. Los resultados mostraron que la rotación de estos fluidos se parecía poco a la dinámica de fluidos clásica. Sin embargo, puede ser apreciado por cualquiera que disfrute de la copa ocasional de gewürztraminer:el mecanismo era un sacacorchos.

El superfluido que modelaron fue un condensado de Bose-Einstein. Los BEC son un estado de la materia completamente diferente al aire, líquido, sólido o plasma, formado al enfriar un gas de muy baja densidad hasta casi el cero absoluto, la temperatura más baja posible. En este estado gélido los átomos, absorbido de casi toda su energía, esencialmente actuar como uno. Tienen viscosidad cero; un BEC fluye sin disipar ninguna energía.

En nuestro mundo clásico cuando una gota de lluvia cae en un cuerpo de agua quieto, El movimiento de rotación y el momento angular de la gota de lluvia se transfieren al agua en la que cae a través de estructuras giratorias que conocemos como remolinos.

Pero cuando Kanai creó un modelo para ver qué sucede en el mundo cuántico cuando una gota giratoria de BEC se fusiona con una estática, no había señales de remolinos o vórtices. Sin embargo, hubo una transferencia de movimiento.

"Los vórtices permanecieron en la gota giratoria, pero no se transfirieron a la parte superior, "Guo explicó." Pero de alguna manera el movimiento de rotación y el momento angular se transfirieron a la otra región. Entonces sentimos que debe haber algún mecanismo diferente que desempeñe ese papel. Apareció una estructura extraña en la interfaz de las dos gotas; extraña porque no aparece en la interfaz convencional, fluidos viscosos ".

Esa extraña estructura:un sacacorchos.

"La estructura funciona como un sacacorchos, "ejerciendo un torque, Guo explicó. "Genera el movimiento de rotación en la parte superior, uno estático, y luego ralentiza la rotación del inferior. De este modo, la rotación se transfiere de abajo hacia arriba ".

Los resultados fueron doblemente emocionantes, dijo Kanai, que parecía un poco aturdido por ser ya el autor principal de una publicación cuando aún era estudiante de posgrado en física en Florida State.

"Después de que observamos la estructura del sacacorchos por primera vez, teníamos tantas preguntas, ", dijo." ¿Qué causa esta estructura? ¿Cómo afecta la estructura a la dinámica? Así que el descubrimiento en sí fue muy interesante; pero después de eso, comprender el descubrimiento también fue muy emocionante ".

Guo dijo que su trabajo puede arrojar luz sobre otras áreas de investigación:la materia oscura y las estrellas de neutrones a nivel cosmológico y, en el nivel cuántico, el desarrollo de tecnologías basadas en BEC como sensores o computadoras cuánticas, un campo emergente llamado atomtronics.

"Esto puede proporcionar a los astrofísicos alguna información sobre qué tipo de estructuras deben mirar cuando observan el cielo, "Dijo Guo.

Entonces, la próxima vez que descorche una botella de vino y admire su viscosidad mientras gira alrededor de su copa, hacer un brindis por el torque, a extraño condensados ​​inviscid de Bose-Einstein y las interminables maravillas de la ciencia.