Los físicos de la Universidad de Aalto descubrieron una fricción inesperada mientras giraban helio superfluido. Comprender la procedencia y las implicaciones de la fricción es crucial para diseñar cualquier dispositivo que se base en fenómenos cuánticos superconductores, como las computadoras cuánticas.
Comprender las causas y los efectos de la fricción podría allanar el camino para las exploraciones en la composición de las estrellas de neutrones y nuestro universo. Aquí en la Tierra, los resultados de los investigadores de Aalto serán invaluables para reducir la producción de calor y fallas no deseadas en la computadora cuánticacomponentes.
"Por ahora, tenemos que estudiar el fenómeno más a fondo, antes de que podamos tener una visión lo suficientemente exhaustiva como para aplicarla a la investigación experimental y el desarrollo de tecnologías", señala Jere Mäkinen, investigador doctoral en la Universidad de Aalto.
Los investigadores han rotado un recipiente lleno de isótopos superfluidos de helio-3 cerca de la temperatura cero absoluta. El fluido giratorio imita el movimiento de cuerpos sólidos, creando pequeños huracanes idénticos llamados vórtices.
Cuando los vórtices están en movimiento laminar estable y ordenado a temperatura cero, a diferencia de la turbulencia caótica sin fin, no debe haber fricción ni medios para que un vórtice transfiera energía cinética a su entorno.
Sin embargo, eso es exactamente lo que Mäkinen y su supervisor, el Dr. Vladimir Eltsov, ahora han descubierto que sucede.
"Lo que sospechamos que podría ser una fuente de fricción son cuasi partículas atrapadas en los núcleos de los vórtices. Cuando los vórtices se aceleran, las partículas ganan energía cinética que se disipa a las partículas circundantes y crea fricción", explica Mäkinen.
"En los sistemas turbulentos, la energía cinética siempre se disipa del movimiento de los vórtices, pero hasta ahora todos habían pensado que cuando los vórtices están en movimiento laminar, la disipación de energía es cero a temperatura cero. Pero resulta que no es así".continúa Vladimir Eltsov.
Mäkinen compara la disipación del calor con sacudir una caja llena de pelotas de tenis de mesa: ganan energía cinética de la caja en movimiento y las otras pelotas rebotan.
Evitar que los vórtices disipen el calor y, por lo tanto, la fricción, por ejemplo, mejoraría el rendimiento y la capacidad de retener datos en componentes superconductores utilizados para construir computadoras cuánticas.
Una estrella de neutrones en un laboratorio: el primer paso para comprender la turbulencia
El santo grial de los estudios sobre la turbulencia cuántica es comprender y explicar la turbulencia en los fluidos clásicos. El trabajo de Mäkinen y Eltsov es un paso inicial para comprender el funcionamiento interno de los vórtices en los superfluidos. A partir de ahí, uno podría seguir adelantepara comprender las turbulencias en nuestro entorno cotidiano, en un estado 'clásico'.
Las implicaciones podrían afectar a industrias enteras. Se abrirían nuevas formas de mejorar la aerodinámica de aviones y vehículos de todo tipo o controlar el flujo de petróleo o gas en las tuberías, solo por nombrar algunas.
Los misterios del universo también están contenidos en estos experimentos. Se cree que las estrellas de neutrones colapsadas y masivamente pesadas contienen complejos sistemas superfluidos. Las fallas y anomalías como cambios repentinos en la velocidad de rotación de las estrellas, podrían ser causadas por explosiones de vórtices y energía similardisipación a la que ahora se descubre en los experimentos en la Universidad de Aalto.
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Materiales proporcionado por Universidad de Aalto . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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