Según un estudio reciente de la Universidad de Helsinki, publicado en la revista Physical Review Letters , un vórtice de un superfluido que ha sido cuantificado cuatro veces tiene tres formas de dividirse, dependiendo de la temperatura.
El fluido se transforma en un superfluido cerca del punto de temperatura cero absoluto (aproximadamente -273 °C). Las fuerzas de resistencia internas, como la fricción, desaparecen. En este punto, el comportamiento del fluido ya no se puede describir utilizando la mecánica clásica; en cambio, se debe aplicar la física cuántica.
Cuando se hace girar un superfluido, la rotación resultante nunca debe disminuir porque los superfluidos no tienen viscosidad ni fricción. Esto se experimentó a nivel atómico utilizando helio en rotación muy lenta y se observó que el superfluido, sin embargo, finalmente se detenía.
La razón es que la vorticidad de un superfluido se cuantifica:el giro general se descompone en pequeños vórtices; el momento angular está cuantificado y es persistente y, por lo tanto, no desaparece.
Un vórtice regular (como el agua que sale de un fregadero) puede girar sobre su eje a cualquier velocidad, mientras que el momento angular de un vórtice cuantificado es siempre proporcional a un número entero. Este número entero se llama número de bobinado. Los números de sinuosos de los vórtices individuales y cuádruple cuantificados son uno y cuatro, respectivamente.
Un vórtice cuádruple cuantificado se divide fácilmente en cuatro vórtices cuantificados individualmente porque un vórtice cuádruple cuantificado es más inestable debido a que la energía del sistema disminuye significativamente después de la división. Menos energía significa un sistema más estable.
El investigador de doctorado Xin Li de la Universidad de Helsinki investigó los procesos de división de vórtices cuádruplemente cuantificados en su trabajo reciente. ¿Qué sucede cuando se permite que exista un vórtice inestable y cuádruple cuantificado a tres temperaturas diferentes, todas ellas todavía muy cercanas al cero absoluto?
En el estudio se observó que los vórtices cuádruplemente cuantificados tienen tres formas de dividirse, lo que da lugar a tres patrones diferentes. Aunque estos patrones se habían identificado teóricamente en estudios anteriores, los resultados demostraron por primera vez que la temperatura conduce a diferentes procesos de división.
La división se modeló aplicando una teoría relativamente nueva al fenómeno, conocida como dualidad calibre/gravedad u holografía. Esta dualidad permite un examen sistemático del impacto de la temperatura de una manera que se parece mucho a una situación realista.
El estudio indica que existen dos patrones observados en el rango de baja temperatura, mientras que puede surgir un tercer patrón si la temperatura aumenta aún más. Hasta ahora se han observado experimentalmente dos de estos patrones de división, y los investigadores sugieren que a una temperatura más alta, un nuevo patrón podría hacerse visible.
Más información: Shanquan Lan et al, Calentando vórtices cuádruple cuantificados:patrones de división y transiciones dinámicas, Cartas de revisión física (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.221602. En arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2311.01316
Información de la revista: Cartas de revisión física , arXiv
Proporcionado por la Universidad de Helsinki
