Representaciones de Majorana y armónicos esféricos de los espinores prototipo para las fases magnéticas de espín-1 y espín-2. a, b Las fases magnéticas ferromagnética (FM) y polar (P) de spin-1 con dos puntos de Majorana (puntos verdes, con un número adyacente que indica multiplicidad > 1). c–g Las fases magnéticas espín-2 ferromagnética-2 (FM2) y -1 (FM1), nemática uniaxial (UN), nemática biaxial (BN) y cíclica (C), con cuatro puntos de Majorana. Las simetrías politopo discretas de Majorana de un cuadrado y un tetraedro se reconocen fácilmente para BN y C. El comportamiento completo de las simetrías de parámetros de orden se visualiza en la representación de armónicos esféricos, donde Z(θ, ϕ), para coordenadas esféricas (θ, ϕ ), expande cada espinor en términos de armónicos esféricos. La forma ∣Z(θ, ϕ)∣2 y Arg(Z)Arg(Z) (mapa de color) juntas revelan la simetría. Los parámetros de orden FM, FM1 y FM2 corresponden a rotaciones espaciales en tres dimensiones. Las simetrías de los parámetros de orden de las fases magnéticas restantes se obtienen combinando adecuadamente la fase de condensado global con un eje no orientado (P y UN), cuadrado (BN) y tetraedro (C). Crédito:Comunicaciones de la naturaleza (2022). DOI:10.1038/s41467-022-32362-5
Una colaboración internacional de científicos ha creado y observado una clase completamente nueva de vórtices:las masas giratorias de fluido o aire.
Dirigido por investigadores del Amherst College en los EE. UU. y la Universidad de East Anglia y la Universidad de Lancaster en el Reino Unido, su nuevo artículo detalla los primeros estudios de laboratorio de estos remolinos "exóticos" en un gas ultrafrío de átomos a temperaturas tan bajas como decenas de mil millonésimas. de un grado sobre el cero absoluto.
El descubrimiento, anunciado esta semana en la revista Nature Communications , puede tener implicaciones futuras emocionantes para las implementaciones de la información y la computación cuánticas.
Los vórtices son objetos familiares en la naturaleza, desde los remolinos de agua que bajan por el desagüe de una bañera hasta el flujo de aire alrededor de un huracán.
En los sistemas de la mecánica cuántica, como un condensado atómico de Bose-Einstein, los vórtices tienden a ser diminutos y su circulación se produce en unidades cuantificadas discretas. Tales vórtices han sido durante mucho tiempo objetos de fascinación para los físicos y han ayudado a iluminar las propiedades inusuales de la superfluidez y la superconductividad.
Sin embargo, la naturaleza inusual de los remolinos observados aquí se debe a simetrías en el gas cuántico. Una propiedad especialmente fascinante de las teorías físicas, desde la cosmología hasta las partículas elementales, es la aparición de mundos asimétricos a pesar de las perfectas simetrías subyacentes. Por ejemplo, cuando el agua se convierte en hielo, las moléculas desordenadas en un líquido se organizan en una matriz periódica.
La simetría espacial de un sistema a menudo se identifica fácilmente; por ejemplo, un panal tiene una matriz periódica de celdas con simetría hexagonal. Aunque el medio de vórtice utilizado en este nuevo trabajo es una matriz fluida en lugar de sólida, también posee un conjunto interno de simetrías discretas ocultas. Por ejemplo, uno de los gases ultrafríos del equipo tenía la simetría cuádruple de un cuadrado y otro tenía la simetría tetraédrica de un dado de cuatro caras, familiar para los jugadores de juegos de fantasía de todo el mundo.
"El flujo másico y la simetría subyacente del fluido interactúan entre sí de maneras interesantes", dijo el Dr. Magnus Borgh, profesor asociado de física en la UEA.
"Una consecuencia es que si las posiciones de dos vórtices se intercambian, pueden dejar un rastro del proceso en el fluido. Este rastro une los vórtices que interactúan de forma permanente, como un peldaño en una escalera".
"Ningún fluido ordinario se comporta así, y puede ser que objetos análogos solo existan en el interior de las estrellas de neutrones", agregó el profesor Janne Ruostekoski, de la Universidad de Lancaster. De hecho, el equipo dice que estos vórtices creados van más allá de lo más avanzado.
"Son en parte estas conexiones con los dominios extraños de la física lo que hace que nuestro trabajo sea atractivo", dijo el profesor David Hall de Amherst College. "Y en parte es nuestra apreciación humana de la simetría".
La observación directa de estos comportamientos se ha convertido en el foco de la investigación del equipo, cuya parte experimental se basa en Amherst College.
"Somos afortunados de tener estudiantes extremadamente talentosos y dedicados que pueden hacer este tipo de experimentos desafiantes", dijo el profesor Hall, y le dio crédito en particular a Arthur Xiao, el autor principal del estudio. Investigadores desarrollan un nuevo tipo de cámara para obtener imágenes de vórtices cuánticos por primera vez
