La luz fluye sin fricción: tres formas de medir el límite ✛

Original: "Three-observable measurement of the critical velocity in a paraxial superfluid of light flowing past a mobile impurity"
arXiv:2609.03948v1 · 2026-09-03 · CC BY 4.0 · 2 min
La velocidad crítica de la luz superfluida se determinó mediante tres métodos independientes a la vez.

En un laboratorio de París, se hizo que la luz fluyera alrededor de un obstáculo, como el agua rodea una piedra en un arroyo. Solo que aquí el agua es especial: no siente fricción. Ese estado se denomina superfluidez, y hasta ahora se había observado en helio líquido y en gases ultrafríos, y ahora también en un haz de luz láser que atraviesa vapor de rubidio calentado a 150 grados.

La superfluidez es un flujo sin fricción alguna. Un líquido puede circular eternamente por un anillo cerrado sin frenarse.

Los físicos construyeron un canal estrecho para la luz: un haz láser ancho de 780 nanómetros crea un líquido bidimensional, mientras que un segundo haz, más estrecho, de 795 nanómetros, actúa como obstáculo móvil. La inclinación del haz principal determina la velocidad del flujo, y la potencia del segundo, el tamaño del obstáculo. Mientras la velocidad es baja, la luz rodea el obstáculo suavemente, sin pérdidas. Pero al superar el umbral crítico, comienzan a generarse vórtices detrás del obstáculo: pequeños remolinos, cada uno con un número entero de vueltas de fase.

Para detectar ese umbral, los investigadores observaron simultáneamente tres cosas: cuántos vórtices aparecían en la estela, con qué fuerza el flujo empujaba al obstáculo y cuánto se desplazaba el propio obstáculo respecto al flujo. Antes, la velocidad crítica de la luz superfluida se medía mediante un solo indicador, y diferentes métodos daban umbrales ligeramente distintos. Ahora, tres observables independientes en un mismo experimento han dado valores coherentes.

El número de Mach crítico es la velocidad del flujo en unidades de la velocidad del sonido. Para el helio superfluido es cercano a 0,5, mientras que aquí se obtuvo un promedio de 0,35.

La velocidad crítica resultó ser notablemente inferior a la predicción de Landau y disminuía al aumentar el tamaño del obstáculo: desde 0,52 veces la velocidad del sonido para un radio de 4,3 longitudes de coherencia hasta 0,18 para un radio de 6,4. La longitud de coherencia es el tamaño mínimo en el que la densidad del líquido se recupera tras una perturbación, alrededor de 50 micrómetros en este experimento. El valor promedio de 0,35 coincidió con el límite teórico para un disco impenetrable de gran diámetro.

Ahora la luz superfluida puede utilizarse como banco de pruebas para la hidrodinámica cuántica. La metodología de triple diagnóstico se trasladará a experimentos con condensados de polaritones y átomos fríos, donde también es importante determinar de manera fiable el umbral de superfluidez. La luz que rodea una piedra sin una sola salpicadura ha resultado más conveniente que el helio: es más fácil hacerla fluir, más fácil medirla y más fácil comprenderla.

La luz superfluida en este experimento fluye a una velocidad de solo unos 0.0056 radianes, lo que corresponde a un ángulo de inclinación del haz de aproximadamente un tercio de grado. Sin embargo, la velocidad crítica se alcanza ya con una inclinación de una décima de grado.

La idea de una luz que se comporta como un líquido sin fricción resuena con el concepto de 'luz líquida' de la ciencia ficción, como en la novela 'La escalera de Schild' de Greg Egan, donde el vacío posee propiedades ópticas no triviales.

Conceptos
velocidad superfluidez vorticidad velocidad de la luz Principio de Bernoulli flujo tasa de flujo másico líquido problema de los tres cuerpos vapor de rubidio principio de constancia de la velocidad de la luz flujo vórtices superfluidos campo de velocidades violación de la invariancia de Lorentz turbulencia humedad obstáculo pureza agua líquida