El mundo cuántico es elegante y misterioso. Es una esfera de existencia donde se rompen las leyes de la física experimentadas en la vida cotidiana: las partículas pueden existir en dos lugares a la vez, pueden reaccionar entre sí a grandes distancias, yellos mismos parecen confundidos acerca de si son partículas u ondas. Para aquellos que no participan en el campo, este mundo puede parecer insignificante, pero recientemente, investigadores de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST han descrito teóricamente dos estados cuánticos queson extraordinarios tanto en la física que los define como en su atractivo visual: un complejo sistema cuántico que simula la física clásica y un estado tipo collar fascinante. Su estudio se publica en la revista Revisión física A .
La búsqueda de estos estados comienza con una rosquilla, o más bien, un recipiente con forma de rosquilla que alberga un superfluido giratorio. Este superfluido, que es un fluido que se mueve sin fricción, está hecho de condensados de Bose-Einstein BEC que comprenden partículassin carga que se enfríen a grados de Kelvin cercanos a cero, una temperatura tan fría que no existe en el universo fuera de los laboratorios. A esta temperatura, las partículas comienzan a exhibir propiedades extrañas: se agrupan y eventualmente se vuelven indistinguiblesel uno del otro. En efecto, se convierten en una sola entidad y, por lo tanto, se mueven como una sola.
Dado que este superfluido BEC girando está funcionando a una escala cuántica, donde reinan pequeñas distancias y bajas temperaturas, las características físicas de su rotación no son las que se ven en el mundo clásico. Considere a un padre que balancea a su hija en un círculolos brazos. La física clásica exige que las piernas del niño se muevan más rápido que sus manos alrededor del círculo, ya que sus piernas deben viajar más lejos para hacer un giro completo.
En el mundo de la física cuántica, la relación es lo opuesto. "En un superfluido ... las cosas que están muy lejos [del centro] se mueven muy lentamente, mientras que las cosas [que] están cerca del centro se mueven muy rápido,"explica el profesor Thomas Busch de OIST, uno de los investigadores involucrados en el estudio. Esto es lo que está sucediendo en el donut superfluido.
Además, el superfluido dentro de la rosquilla muestra un perfil de densidad uniforme, lo que significa que se distribuye uniformemente alrededor de la rosquilla. Esto sería lo mismo para la mayoría de los líquidos que giran a través de reglas clásicas o cuánticas. Pero qué sucede si otro tipode BEC se agrega, uno que está hecho de una especie atómica diferente y que no se puede mezclar con el BEC original. Al igual que el aceite y el agua, los dos componentes se separarán de una manera que minimice el área en la que se tocan y forman dos semicírculos enlados opuestos del recipiente de donas.
"El límite más corto [entre los componentes] está en la dirección radial", explica la Dra. Angela White, primera autora del estudio. Los dos componentes se separan en mitades diferentes de la dona a lo largo de este límite, que se crea al pasara través del radio del buñuelo. En esta configuración, usarán menos energía para permanecer separados de lo que lo harían a través de cualquier otro.
En la configuración inmiscible o no mezclable, el mundo cuántico sorprende. Dado que el límite entre los dos superfluidos debe permanecer alineado a lo largo de la dirección radial, el superfluido presente en este límite debe girar como un objeto clásico. Esto sucede para mantenerese estado de baja energía. Si en el límite los superfluidos continuaron girando más rápido en el interior, entonces los dos semicírculos comenzarían a torcerse, alargando la línea que los separa y, por lo tanto, requieren más energía para permanecer separados. El resultado es una especiede la mímica de la física clásica, donde el sistema parece saltar al reino clásico, facilitado por el complejo comportamiento de la mecánica cuántica.
En esta etapa, la rosquilla superfluida ha alcanzado su primer estado extraordinario que imita la rotación clásica. Pero se necesita un paso más para transformar este sistema que ya es alucinante en el objetivo final del collar: el acoplamiento giro-órbita.
"De una manera muy abstracta, [girar es] solo una cosa que tiene dos estados posibles", explica Busch. "Puede ser de esta manera o de otra manera". Para este experimento, que involucra partículas que no tienencarguen o no giren, los investigadores "falsificaron" un giro al asignar una propiedad "esto o aquello" a sus partículas.
Al acoplar las partículas en función de esta propiedad, los dos semicírculos dentro de la rosquilla se rompen en múltiples partes alternas, formando así la configuración del collar. Al profundizar en su composición, los investigadores descubrieron que el número de "perlas" en el collardepende de la fuerza del acoplamiento giro-órbita y, lo que es más sorprendente, que siempre debe haber un número impar de estas perlas.
Los investigadores han predicho collares cuánticos antes, pero se sabía que eran inestables: se expandían o se disipaban al olvido poco tiempo después de su creación. En este modelo teórico, los investigadores de OIST creen que han encontrado una manera de crear un establo establecollar, uno que permitiría más tiempo para estudiarlo y apreciar su majestuosidad refinada.
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Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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