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| Los superfluidos se fusionan para formar grandes vórtices, de forma análoga a como se forman los ciclones en la atmósfera turbulenta. Crédito: Universidad de Queensland |
La turbulencia sigue siendo uno de los problemas más desafiantes de la física a pesar de varios siglos de estudio. La mayoría de los fenómenos que se producen en el movimiento turbulento de los fluidos son de naturaleza fuertemente desequilibrada.
Estos flujos turbulentos de fluidos provocan la formación de ciclones o la Gran Mancha Roja de Júpiter. Un modelo de equilibrio bidimensional de vórtices del Premio Nobel Lars Onsager explica estas estructuras. Sin embargo, los experimentos han tendido a entrar en conflicto con las predicciones.
La nueva investigación, realizada por un equipo de la Universidad de Queensland, el Centro de Excelencia en Sistemas Cuánticos de Ingeniería (EQUS) y el Centro de Excelencia en Tecnologías Electrónicas Futuras de Baja Energía (FLEET) del ARC, ofrece una validación experimental de una teoría de hace 70 años: el modelo de Onsager.
El autor principal y teórico, el Dr. Matt Reeves, dijo: "Una complicación clave es que la mayoría de los fluidos son viscosos, lo que significa que se resisten al flujo".
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| Los vórtices en un superfluido se fusionan rápidamente en un solo grupo. Crédito: Matt Reeves |
Los superfluidos no tienen viscosidad, por lo que son candidatos ideales para realizar el modelo de Onsager.
Los científicos estudiaron el comportamiento de los vórtices en un superfluido llamado condensado de Bose-Einstein. Crearon un disco delgado del superfluido. Luego, mediante el uso de láseres, inyectaron vórtices en lugares cuidadosamente especificados.
El Dr. Tyler Neely, que dirigió los experimentos, dijo: "Los vórtices se mezclaron rápidamente, fusionándose en un único gran grupo en sólo unos segundos, de forma muy parecida a la formación de un gran ciclón en la atmósfera turbulenta".
"Sin embargo, lo más emocionante fue la notable concordancia entre la teoría y el experimento: la teoría predijo la forma de las estructuras finales de vórtices gigantes en el superfluido excepcionalmente bien".
Los resultados demuestran que los superfluidos pueden aportar nuevos conocimientos sobre la turbulencia.
Fuentes, créditos y referencias:
Matthew T. Reeves et al, Turbulent Relaxation to Equilibrium in a Two-Dimensional Quantum Vortex Gas, Physical Review X (2022). DOI: 10.1103/PhysRevX.12.011031
Fuente: Universidad de Queensland