Superfluidez
El superfluido es un estado de la materia caracterizado por la ausencia total de viscosidad (lo cual lo diferencia de una sustancia muy fluida, la cual tendría una viscosidad próxima a cero, pero no exactamente igual a cero), de manera que, en un circuito cerrado, fluiría interminablemente sin fricción. Fue descubierta en 1937 por Piotr Kapitsa, John F. Allen y Don Misener, y su estudio es llamado hidrodinámica cuántica.
Es un fenómeno físico que tiene lugar a muy bajas temperaturas, cerca del cero absoluto, límite en el que cesa toda actividad. Un inconveniente es que casi todos los elementos se congelan a esas temperaturas. Pero hay una excepción: el helio. Existen dos isótopos estables del helio, el helio-4 (que es muy común) y el helio-3 (que es raro) y se produce en la desintegración beta del tritio en reactores nucleares. También se encuentra en la superficie de la Luna, arrastrado hasta allí por el viento solar.
Los dos isótopos se comportan de modos muy diferentes, lo cual sirve para examinar los efectos de las dos estadísticas cuánticas, la estadística de Fermi-Dirac, a la que obedecen las partículas de espín semi-entero, y la estadística de Bose-Einstein, seguida por las partículas de espín entero.[1][2]
Gases atómicos ultrafríos
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.[3][4] Tales vórtices se habían observado previamente en un gas bosónico ultrafrío utilizando rubidio-87 en 2000, [5] y más recientemente en gases bidimensionales.[6] Ya en 1999, Lene Hau creó tal condensado usando átomos de sodio [7] con el propósito de ralentizar la luz y luego detenerla por completo.[8] Posteriormente, su equipo utilizó este sistema de luz comprimida[9] para generar el superfluido análogo de ondas de choque y tornados: [10]
- Estas excitaciones dramáticas dan como resultado la formación de solitones que a su vez se descomponen en vórtices cuantificados —creados fuera del equilibrio, en pares de circulación opuesta— revelando 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 resultan en excitaciones no lineales completamente inesperadas. Hemos observado estructuras híbridas que consisten en anillos de vórtice incrustados en conchas solitónicas oscuras. Los anillos de vórtice actúan como "hélices fantasma" que conducen a una dinámica de excitación muy rica. - Lene Hau, Conferencia SIAM sobre ondas no lineales y estructuras coherentes
Superfluidos en astrofísica
La idea de que existe superfluidez dentro de las estrellas de neutrones fue propuesta por primera vez por Arkady Migdal.[11][12] Por analogía con los electrones dentro de los superconductores que forman pares de Cooper debido a la interacción de la red de electrones, se espera que los nucleones en una estrella de neutrones a una densidad suficientemente alta y baja temperatura también puedan formar pares de Cooper debido al atractivo de largo alcance. fuerza nuclear y conducen a superfluidez y superconductividad.[13]
En física de altas energías y gravedad cuántica
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 unifican la mecánica cuántica (describiendo 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 tal teoría se unifique en un solo 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 grande en las murmuraciones 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.[14]
Referencias
- «Qué es la superfluidez y cuáles son sus propiedades». Consultado el 21 de marzo de 2020.
- «Superfluidez en acción en la BBC». Consultado el 21 de marzo de 2020.
- «MIT physicists create new form of matter». mit.edu. Consultado el November 22, 2010.
- Grimm, R. (2005). «Low-temperature physics: A quantum revolution». Nature 435 (7045): 1035-1036. Bibcode:2005Natur.435.1035G. PMID 15973388. S2CID 7262637. doi:10.1038/4351035a. Parámetro desconocido
|doi-access=
ignorado (ayuda) - Madison, K.; Chevy, F.; Wohlleben, W.; Dalibard, J. (2000). «Vortex Formation in a Stirred Bose–Einstein Condensate». Physical Review Letters 84 (5): 806-809. Bibcode:2000PhRvL..84..806M. PMID 11017378. S2CID 9128694. arXiv:cond-mat/9912015. doi:10.1103/PhysRevLett.84.806.
- Burnett, K. (2007). «Atomic physics: Cold gases venture into Flatland». Nature Physics 3 (9): 589. Bibcode:2007NatPh...3..589B. doi:10.1038/nphys704.
- Hau, L. V.; Harris, S. E.; Dutton, Z.; Behroozi, C. H. (1999). «Light speed reduction to 17 metres per second in an ultracold atomic gas». Nature 397 (6720): 594-598. Bibcode:1999Natur.397..594V. S2CID 4423307. doi:10.1038/17561.
- «Lene Hau». Physicscentral.com. Consultado el 10 de febrero de 2013.
- Hau, Lene Vestergaard (2003). «Frozen Light». Scientific American: 44-51.
- Hau, Lene (September 9–12, 2006). «Shocking Bose–Einstein Condensates with Slow Light». SIAM.org. Society for Industrial and Applied Mathematics.
- A. B. Migdal (1959). «Superfluidity and the moments of inertia of nuclei». Nucl. Phys. 13 (5): 655-674. Bibcode:1959NucPh..13..655M. doi:10.1016/0029-5582(59)90264-0.
- A. B. Migdal (1960). «Superfluidity and the Moments of Inertia of Nuclei». Soviet Phys. JETP (en inglés) 10 (5): 176. Bibcode:1959NucPh..13..655M. doi:10.1016/0029-5582(59)90264-0.
- U. Lombardo; H.-J. Schulze (2001). «Superfluidity in Neutron Star Matter». Physics of Neutron Star Interiors. Lecture Notes in Physics 578. pp. 30-53. ISBN 978-3-540-42340-9. S2CID 586149. arXiv:astro-ph/0012209. doi:10.1007/3-540-44578-1_2. Parámetro desconocido
|name-list-style=
ignorado (ayuda) - Attanasi, A.; Cavagna, A.; Del Castello, L.; Giardina, I.; Grigera, T. S.; Jelić, A.; Melillo, S.; Parisi, L.; Pohl, O.; Shen, E.; Viale, M. (2014). «Information transfer and behavioural inertia in starling flocks». Nature Physics 10 (9): 615-698. Bibcode:2014NatPh..10..691A. PMC 4173114. PMID 25264452. arXiv:1303.7097. doi:10.1038/nphys3035.
Véase también
Su temperatura es de -273 grados celsius.
Enlaces externos
- Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Superfluidez.