Casi a la temperatura más fría posible, el mercurio (con la ayuda de helio líquido) forma un estado llamado superconductividad. Hasta ahora…
Cuando se lo lleva a unos pocos grados de cero absoluto en la escala Kelvin (menos 273 grados Celsius o menos 460 Fahrenheit), el helio-4 líquido se convierte en el notable estado superfluido. Se arremolina, se enrosca, y su falta de cuerpo ha estado desconcertando a los científicos durante casi un siglo. Ahora, un equipo dirigido por un físico de la Universidad de Washington, que utiliza la supercomputadora más poderosa disponible para la ciencia abierta, ha elaborado una imagen teórica que explica el comportamiento en tiempo real de los superfluidos. ¿Quién es la parte responsable aquí? Prueba con partículas subatómicas llamadas fermiones.
Las femiones son una parte importante de la ecuación natural como electrones, protones y neutrones ... así como los superfluidos son parte de las estrellas de neutrones. Rotando entre una y 1,000 veces por segundo, la superficie superfluida de las estrellas de neutrones, o púlsares, actúa de manera muy diferente a su contraparte aquí en la Tierra. A medida que aumenta la velocidad, forma una serie de pequeños vórtices que se agrupan en un patrón triangular ... que a su vez forma una trenza dentro de la estructura superfluida. "Cuando alcanzas la velocidad correcta, crearás un vórtice en el medio", dijo Bulgac. “Y a medida que aumente la velocidad, aumentará la cantidad de vórtices. Pero siempre ocurre en pasos ".
¿Puede la ciencia recrearlo? Si. Los modelos de laboratorio que utilizan una cámara de vacío y un rayo láser para crear un campo eléctrico de alta intensidad han logrado enfriar una muestra pequeña, quizás 1 millón de átomos, a temperaturas cercanas al cero absoluto. Luego se emplea una "cuchara láser" para agitar el superfluido lo suficientemente rápido como para crear vórtices.
"Al tratar de comprender el comportamiento extraño, los científicos han intentado idear ecuaciones descriptivas, como las que podrían usar para describir la acción de remolino en una taza de café mientras se agita". Dijo Bulgac. “Pero para describir la acción en un superfluido hecho de fermiones, se necesita un número casi ilimitado de ecuaciones. Cada uno describe lo que sucede si solo se cambia una variable, como la velocidad, la temperatura o la densidad. Debido a que las variables están vinculadas, si una cambia, otras también cambiarán ”.
Uno de los principales desafíos en la formulación de una hipótesis matemática es la cantidad de potencia informática que se necesitaría para resolver un problema con una serie de cambios variables que alcanzaron 1 billón o más. Entonces, ¿cómo lo hicieron? El equipo utilizó la computadora JaguarPF en el Laboratorio Nacional Oak Ridge en Tennessee, una de las supercomputadoras más grandes del mundo, por el equivalente a 70 millones de horas, lo que requeriría casi 8,000 años en una computadora personal de un solo núcleo (JaguarPF tiene casi una cuarta parte -millones de núcleos). ¡Solo trata de enfriar eso!
"Esto le indica la complejidad de estos cálculos y lo difícil que es", dijo Bulgac. Para complicar aún más las cosas, cuanto más rápido se agita el superfluido hace que pierda sus propiedades, pero no tan rápido como se supone. "El trabajo significa que los investigadores pueden" hasta cierto punto "estudiar las propiedades de una estrella de neutrones utilizando simulaciones por computadora". Dijo Bulgac. ". También abre nuevas direcciones de investigación en física de átomos fríos".
Y más tarea de nuestra parte.
Fuente original de la historia: Universidad de Washington.
