Científicos de la Escuela de Graduados en Ciencias de la Ingeniería de la Universidad de Osaka han demostrado cómo las nanopartículas de silicio pueden quedar atrapadas dentro de los vórtices que se forman dentro del helio superfluido. Este trabajo abre nuevas posibilidades en la investigación óptica para otras propiedades cuánticas del helio superfluido, como la manipulación óptica de vórtices cuantificados debido a la fuerte interacción entre la luz y las nanopartículas de silicio.

Las reglas de la mecánica cuántica pueden parecernos muy extrañas, con partículas que a veces actúan como ondas y viceversa. Normalmente, esperamos que el comportamiento cuántico extraño se limite a escalas muy pequeñas. Sin embargo, cuando ciertos materiales, como el helio-4, se enfrían a temperaturas muy bajas, la ondulación tiene efectos que son evidentes incluso a escalas macroscópicas.

Este helio "sobreenfriado" es un ejemplo de una condensación de Bose-Einstein, en la que las ondas que representan los átomos se superponen hasta que todo el fluido actúa casi como una sola partícula. Este proceso no tiene un análogo clásico y es un sistema útil para probar teorías de la mecánica cuántica, porque la transición a un superfluido en helio-4 ocurre a temperaturas relativamente accesibles. Sin embargo, todavía es necesario poder visualizar el movimiento del superfluido.

Ahora, un equipo de investigadores dirigido por la Universidad de Osaka ha utilizado nanopartículas de silicio para ayudar a mostrar las características del helio superfluido, similar a arrojar piedras para ayudar a visualizar el flujo de agua en una cascada. "Pudimos proporcionar evidencia experimental directa de que las nanopartículas de silicio densas son atraídas por los vórtices cuantificados y se estabilizan a lo largo del núcleo del vórtice", dice el primer autor Yosuke Minowa.

Una de las propiedades especiales del helio superfluido es que cualquier movimiento de rotación solo puede ocurrir en forma de vórtices cuantificados. Estos son remolinos diminutos y discretos, cada uno de los cuales lleva una cantidad fija de momento angular. Los científicos utilizaron la técnica de nanopartículas para estudiar el proceso de reconexión de vórtices, en el que las líneas de vórtices se unen e intercambian sus partes. Debido a la dispersión de la luz de las nanopartículas, las líneas de vórtice eran claramente visibles.

"Nuestra técnica propuesta nos permite utilizar muchos materiales diferentes como partículas trazadoras de vórtices cuantificados", explica Minowa. El estudio de vórtices cuantificados en helio superfluido puede ayudar a los científicos a comprender mejor los sistemas cuánticos más exotéricos, como la corriente crítica en los superconductores de alta temperatura.

El artículo, "Visualización de la reconexión de vórtice cuantificada habilitada por ablación láser", se publicó en Science Advances . + Explora más

Agitación de un superfluido con un láser