Muchos fluidos cuánticos, como el superfluido helio-4, pueden considerarse una mezcla de dos componentes de fluidos miscibles: un superfluido no viscoso y un fluido normal viscoso de cuasipartículas térmicas. Una característica notable del superfluido es la existencia de defectos topológicos en forma de vórtices cuantizados.
El equipo de investigación del profesor Wei Guo en la Facultad de Ingeniería FAMU-FSU ha logrado un progreso significativo en la investigación del movimiento de los vórtices en estos fluidos cuánticos. Su investigación del comportamiento de los anillos de vórtice en helio superfluido proporciona evidencia vital a favor de un modelo teórico recién construido de vórtices cuantificados.
El estudio también resolvió preguntas de larga data y mejoró nuestra comprensión de la dinámica de vórtices dentro del superfluido.
Los superfluidos son vitales en fenómenos como la turbulencia de helio superfluido y las fallas de espín de estrellas de neutrones. Sin embargo, predecir con precisión el movimiento de los vórtices ha demostrado ser un desafío.
Para remediar esto, el equipo de estudio utilizó partículas trazadoras de deuterio que se endurecieron y quedaron atrapadas en los anillos de vórtice. Fueron iluminados por un láser de imágenes en forma de hoja, y los investigadores tomaron fotografías exactas de ellos para medir su movimiento.
Además, los investigadores realizaron simulaciones con varios modelos teóricos y demostraron que solo el modelo bidireccional autoconsistente sugerido recientemente, o modelo S2W, reproducía fielmente el movimiento del anillo de vórtice. El anillo debería contraerse a medida que interactúa con el entorno térmico, pero el modelo S2W predice que lo hará más lentamente que los modelos anteriores.
Yuan Tang, investigador postdoctoral en el Laboratorio Nacional Magnético de Alto Campo de la Universidad Estatal de Florida, dijo: “Eso es exactamente lo que vimos. Esta investigación proporciona la primera evidencia experimental que respalda el modelo S2W”.
La importancia de este descubrimiento va más allá del helio superfluido. El modelo S2W probado es prometedor para su uso en fenómenos de fluidos cuánticos adicionales, como estrellas de neutrones superfluidos y condensados atómicos de Bose-Einstein.
Referencia de la revista:
- Tang, Y., Guo, W., Kobayashi, H. et al. Imágenes de anillos de vórtice cuantificados en helio superfluido para evaluar la disipación cuántica. Nat Comun 14, 2941 (2023). DUELE: 10.1038/s41467-023-38787-w
