Los físicos de Lancaster han desarrollado una técnica novedosa para estudiar vórtices en fluidos cuánticos.

Andrew Guthrie, Sergey Kafanov, Theo Noble, Yuri Pashkin, George Pickett y Viktor Tsepelin, en colaboración con científicos de la Universidad Estatal de Moscú, utilizó diminutos resonadores mecánicos para detectar vórtices cuánticos individuales en helio superfluido.

Su trabajo se publica en el volumen actual de Comunicaciones de la naturaleza .

Esta investigación sobre la turbulencia cuántica es más simple que la turbulencia en el mundo real, que se observa en los fenómenos cotidianos tales como, ríos de corriente rápida, ondulantes nubes de tormenta, o humo de chimenea. A pesar de que es tan común y se encuentra en todos los niveles, de las galaxias a lo subatómico, todavía no se comprende completamente.

Los físicos conocen las ecuaciones fundamentales de Navier-Stokes que gobiernan el flujo de fluidos como el aire y el agua, pero a pesar de siglos de intentarlo, las ecuaciones matemáticas aún no se pueden resolver.

La turbulencia cuántica puede proporcionar pistas para una respuesta.

La turbulencia en los fluidos cuánticos es mucho más simple que su contraparte clásica "desordenada", y estar formado por vórtices idénticos cuantificados individualmente, puede pensarse que proporciona una "teoría atómica" del fenómeno.

Inútilmente, turbulencia en sistemas cuánticos, por ejemplo en helio superfluido 4, tiene lugar a escalas microscópicas, y hasta ahora los científicos no han tenido herramientas con suficiente precisión para sondear remolinos tan pequeños.

Pero ahora el equipo de Lancaster, trabajando a una temperatura de unas milésimas de grado por encima del cero absoluto, ha aprovechado la nanociencia para permitir la detección de vórtices cuánticos únicos (con tamaños de núcleo a la par con los diámetros atómicos) mediante el uso de una "cuerda de guitarra" a nanoescala en el superfluido.

La forma en que el equipo lo hace es atrapar un solo vórtice a lo largo de la "cuerda" (una barra de alrededor de 100 nanómetros de ancho). La frecuencia de resonancia de la barra cambia cuando se atrapa un vórtice, y así se puede seguir la velocidad de captura y liberación de vórtices, abriendo una ventana a la turbulenta estructura.

El Dr. Sergey Kafanov, quien inició esta investigación, dijo:"Los dispositivos desarrollados tienen muchos otros usos, uno de los cuales es hacer ping al final de un vórtice parcialmente atrapado para estudiar las oscilaciones a nanoescala del núcleo del vórtice. Es de esperar que los estudios contribuyan a nuestra comprensión de las turbulencias y puedan proporcionar pistas sobre cómo resolver estas obstinadas ecuaciones ".