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Describen turbulencias en superfluidos

Karina Maldonado Portillo
29/feb/2012

En física, el tema de las turbulencias es intrigante. Al ser un movimiento caótico que provoca que las partículas de los gases y los líquidos se muevan en desorden, resulta un enorme reto para la física moderna el entenderlo y controlarlo.

En su charla en el IFUNAM del 23 de febrero, el catedrático de la Universidad de Sao Paulo (USP), Brasil, Vanderlei Bagnato, explicó que la turbulencia también se presenta en los superfluidos o Condensado de Bose-Einstein, un estado de la materia que aparece a temperaturas extremadamente bajas.

Conocido como el quinto estado de la materia, el condensado de Bose-Einstein es un conjunto de átomos que empiezan a comportarse como una sola entidad cuando se someten a temperaturas muy bajas, expresó el científico en su conferencia “Turbulence in a simple of tapped atomic suplerfluid”.

Estos superfluidos son capaces de transportar calor y fluir sin resistencia -de ahí su nombre- por capilares muy finos.

Aunque se sabe que la turbulencia existe en los fluidos, en los superfluidos el fenómeno se caracteriza por la aparición de remolinos llamados vórtices. Cuando hay una turbulencia y ésta supera cierto límite de velocidad, estos vórtices cuánticos provocan una fricción interna llamada turbulencia cuántica.

En 2009 este fenómeno quedó demostrado por el propio Bagnato y sus colegas: los físicos Emanuel Henn, Jorge Seman y Kilvia Magalhães, de la USP, y Giacomo Roati, de la Universidad de Florencia, en Italia, en el trabajo "Emergence of Turbulence in an Oscillating Bose-Einstein Condensate", publicado por Physical Review Letters.

El equipo de científicos creó una nube de rubidio de entre 100 mil y 200 mil átomos en un espacio extremadamente pequeño a una temperatura próxima al cero absoluto (-273,15 grados Celsius) y observaron cómo los átomos se paralizan por tener poca energía y comienzan a comportarse como si fueran uno sólo, dando paso a un estado de superfluidez.

Al agitar el condensado, descubrieron que iban apareciendo vórtices, es decir, grupos de átomos que giran en círculos cerrados, como pequeños torbellinos, que son característicos de la turbulencia cuántica y que solo habían sido observados en helio (Nature, 2006).

Además, al liberar los átomos por brevísimos periodos, observaron que la nube turbulenta no se expande como lo haría cualquier gas cuántico o térmico, sino que mantiene una relación de aspecto fija. "Este tipo de expansión nunca había sido observado", reportaron los científicos, y "puede ser una prueba de la presencia de turbulencia cuántica".

El trabajo del equipo liderado por Bagnato abre nuevas posibilidades de estudiar la turbulencia en un modo más controlado pues, de acuerdo con su artículo, "es posible controlar las principales características (interacción, densidad atómica, número de átomos) de la muestra atómica".

El Condensado Bose-Einstein fue predicho en las teorías del físico indú Satyendra Nath Bose y Albert Einstein en 1924; sin embargo, fue hasta 1995 cuando científicos de la Universidad de California y del Instituto Tecnológico de Massachusetts por fin lograron crearlo, lo que les valió el Premio Nobel de Física en 2001.

Debido a que el hallazgo es relativamente reciente y a que la materia se comporta de manera diferente a nivel atómico, aún se investigan sus propiedades.



Fotos: Pedro Zaldívar Sánchez

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