La superfluidez es la propiedad característica de un fluido con viscosidad nula que, por tanto, fluye sin pérdida de energía cinética . Cuando se agita, un superfluido forma vórtices que continúan girando indefinidamente. La superfluidez se produce en dos isótopos de helio ( helio-3 y helio-4 ) cuando se licuan enfriándolos a temperaturas criogénicas . También es una propiedad de varios otros estados exóticos de la materia que se teoriza que existen en la astrofísica , la física de altas energías y las teorías de la gravedad cuántica . [1] La teoría de la superfluidez fue desarrollada por los físicos teóricos soviéticos Lev Landau e Isaak Khalatnikov .
La superfluidez suele coexistir con la condensación de Bose-Einstein , pero ninguno de los fenómenos está directamente relacionado con el otro; No todos los condensados de Bose-Einstein pueden considerarse superfluidos, y no todos los superfluidos son condensados de Bose-Einstein. [ cita necesaria ] Los superfluidos tienen algunos usos prácticos potenciales, como disolver sustancias en un disolvente cuántico .
La superfluidez fue descubierta en el helio-4 por Pyotr Kapitsa [2] e independientemente por John F. Allen y Don Misener [3] en 1937. Onnes posiblemente observó la transición de fase superfluida el 2 de agosto de 1911, el mismo día en que observó la superconductividad en el mercurio. . [4] Desde entonces ha sido descrito a través de la fenomenología y teorías microscópicas.
En el helio-4 líquido, la superfluidez se produce a temperaturas mucho más altas que en el helio-3 . Cada átomo de helio-4 es una partícula de bosón , en virtud de su espín entero . Un átomo de helio-3 es una partícula de fermión ; sólo puede formar bosones emparejándose con otra partícula similar a ella a temperaturas mucho más bajas. El descubrimiento de la superfluidez en el helio-3 fue la base para la concesión del Premio Nobel de Física de 1996 . [1] Este proceso es similar al emparejamiento de electrones en la superconductividad .
La superfluidez en un gas fermiónico ultrafrío fue probada experimentalmente por Wolfgang Ketterle y su equipo, quienes observaron vórtices cuánticos en litio-6 a una temperatura de 50 nK en el MIT en abril de 2005. [5] [6] Tales vórtices se habían observado previamente en un gas fermiónico ultrafrío. gas bosónico utilizando rubidio-87 en 2000, [7] y más recientemente en gases bidimensionales . [8] Ya en 1999, Lene Hau creó un condensado de este tipo utilizando átomos de sodio [9] con el fin de ralentizar la luz y luego detenerla por completo. [10] Posteriormente, su equipo utilizó este sistema de luz comprimida [11] para generar el análogo superfluido de ondas de choque y tornados: [12]
Estas excitaciones dramáticas dan como resultado la formación de solitones que a su vez se desintegran en vórtices cuantificados (creados fuera del equilibrio, en pares de circulación opuesta), lo que revela directamente el proceso de descomposición de superfluidos en los condensados de Bose-Einstein. Con una configuración de doble barrera de luz, podemos generar colisiones controladas entre ondas de choque que dan como resultado excitaciones no lineales completamente inesperadas. Hemos observado estructuras híbridas que consisten en anillos de vórtice incrustados en capas solitónicas oscuras. Los anillos de vórtice actúan como "hélices fantasmas" que conducen a una dinámica de excitación muy rica.
— Lene Hau, Conferencia SIAM sobre ondas no lineales y estructuras coherentes
La idea de que existe superfluidez dentro de las estrellas de neutrones fue propuesta por primera vez por Arkady Migdal . [13] [14] Por analogía con los electrones dentro de los superconductores que forman pares de Cooper debido a la interacción entre la red de electrones, se espera que los nucleones en una estrella de neutrones con una densidad suficientemente alta y una temperatura baja también puedan formar pares de Cooper debido a la atracción de largo alcance. fuerza nuclear y conducen a la superfluidez y la superconductividad. [15]
La teoría del vacío superfluido (SVT) es un enfoque de la física teórica y la mecánica cuántica en el que el vacío físico se considera superfluido.
El objetivo final del enfoque es desarrollar modelos científicos que unifiquen la mecánica cuántica (que describan tres de las cuatro interacciones fundamentales conocidas) con la gravedad . Esto convierte a SVT en un candidato para la teoría de la gravedad cuántica y una extensión del modelo estándar .
Se espera que el desarrollo de dicha teoría unifique en un único modelo consistente de todas las interacciones fundamentales y describa todas las interacciones conocidas y partículas elementales como diferentes manifestaciones de la misma entidad, el vacío superfluido.
A escala macro, se ha sugerido que ocurre un fenómeno similar más amplio en los murmullos de los estorninos . La rapidez del cambio en los patrones de vuelo imita el cambio de fase que conduce a la superfluidez en algunos estados líquidos. [dieciséis]
La luz se comporta como un superfluido en diversas aplicaciones como la mancha de Poisson . Como el helio líquido que se muestra arriba, la luz viajará a lo largo de la superficie de un obstáculo antes de continuar su trayectoria. Dado que la luz no se ve afectada por la gravedad local, su "nivel" se convierte en su propia trayectoria y velocidad. Otro ejemplo es cómo un haz de luz viaja a través del orificio de una abertura y a lo largo de su parte posterior antes de la difracción.
Citas relacionadas con la superfluidez en Wikiquote
Medios relacionados con la superfluidez en Wikimedia Commons