vórtices superfluidos

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.

El agua confinada entre dos cilindros, cuando el interno gira, primero fluye en capas uniformes. Pero en cuanto la velocidad supera cierto límite, las capas se pliegan en anillos, como una pila de rosquillas. Los físicos llaman a esto vórtices de Taylor: el flujo pierde estabilidad y aparece un patrón regular.

Una gota de lluvia se desliza con el viento y golpea el océano no verticalmente, sino en ángulo. En ese momento, su energía se divide en dos canales: uno empuja el agua hacia adelante en la dirección del vuelo, y el otro la presiona hacia abajo, en profundidad.

En un acelerador circular, un haz de electrones recorre el círculo millones de veces. Si los electrones están retorcidos, como un hilo en una cuerda, su movimiento vorticial debería conservarse. Pero en el camino se encuentran empujones aleatorios provenientes de imanes imperfectos. Los científicos han descrito cómo el movimiento vorticial cambia bajo la influencia de tales perturbaciones.

En el centro de muchas galaxias se esconde una nube invisible: el halo de materia oscura. Si esta materia es lo bastante fría y ligera, se comporta como un líquido superfluido: fluye sin fricción y cualquier rotación se enrolla en diminutos vórtices cuánticos, hilos del tamaño de un núcleo atómico.

Los mundos bidimensionales no dejan de asombrar: aquí incluso la fusión de un cristal no es una ruptura de simetría, sino un espectáculo de vórtices, descubierto por Kosterlitz y Thouless. En el corazón de este teatro están las singularidades topológicas, cuya energía y entropía negocian el orden.

Supersólido cuerpo — materia que es a la vez cristalina y fluida. Se crea a partir de átomos enfriados casi hasta el cero absoluto. En un nuevo trabajo, los físicos obtuvieron esta sustancia en forma de una red triangular de gotas. Cada gota oscila a su propio ritmo.

La paradoja del joven viento solar ha intrigado a los heliofísicos durante mucho tiempo. Las mediciones mostraron que cerca del astro los haces de protones no están borrosos, sino comprimidos, como si alguien les hubiera dado cuidadosamente la forma de una cabeza de martillo.

Una piedra cae en un estanque y se forman círculos en el agua. Las ondas largas y las cortas se mueven a la misma velocidad: así se comporta el sonido ordinario en casi cualquier medio. Pero en los líquidos cuánticos todo puede ser diferente. Los físicos consideraron un superfluido donde las partículas se mueven a lo largo de una banda de energía "plana".

El agua de un río de montaña no fluye de manera uniforme: hierve, gira en remolinos, acelera de repente. Ese movimiento desordenado se llama turbulencia. Pero incluso en ella hay ritmos ocultos: ráfagas raras y fuertes que, por un breve instante, cambian todo el panorama del flujo.

El sonido viaja a través de un medio a una velocidad determinada. Si el medio se mueve más rápido, el sonido es arrastrado por el flujo, como una astilla atrapada en un remolino. En el helio superfluido —un líquido sin fricción— la rotación rápida genera vórtices-remolinos.

En el helio superfluido, la fricción desaparece: el líquido fluye como un arroyo de montaña, pero sin un solo remolino. Un breve pulso láser agitó esta superficie y los científicos, con ayuda de la espectroscopía, captaron las ondas que se propagaban: ondas cuánticas con muchas velocidades.

El agua en un río a menudo forma remolinos. Pero en los semiconductores, la base de los microchips, los electrones también se convierten en un fluido a bajas temperaturas y alta pureza. Si se crea una cavidad circular, aparecen vórtices, como en un remanso fluvial.

Acaban de dejar de remover una olla de agua: los remolinos y torbellinos se van calmando poco a poco y el líquido se vuelve liso. Un proceso similar, pero en el mundo cuántico, ocurre en el helio superfluido o en una nube de átomos ultrafríos.

Dentro de un superconductor, el campo magnético suele enrollarse en tubos: vórtices, cada uno de los cuales transporta un cuanto de flujo magnético. Así está construida la red clásica de Abrikósov. Pero en los cristales de LiFeAs el panorama es diferente.

Una pequeña bolita con relleno de hierro descansa sobre una superficie, y a su alrededor gira un campo magnético. La bolita empieza a rodar como una rueda y normalmente va hacia donde gira el campo. Pero a veces, de repente, da la vuelta y rueda en dirección contraria, contra el campo.

Una gota de lluvia cae en un charco y, con el impacto, salta un surtidor de pequeñas salpicaduras. Cada una de ellas es una nueva gota secundaria. Cuántas son, de qué tamaño y cuánto tiempo viven depende de muchas cosas: la velocidad de caída, el tamaño de la gota, las propiedades del agua. Los científicos decidieron entender este caos mediante simulaciones por computadora.

En helio enfriado casi hasta el cero absoluto, el líquido deja de rozarse consigo mismo y fluye sin resistencia alguna.

En el agua ordinaria, las ondas de una piedra lanzada se expanden en círculos concéntricos perfectos. Pero imagina un líquido cuyas moléculas se asemejan a diminutos tornillos con rosca a la derecha. En ese medio, la superficie funciona como una carretera de un solo sentido: las ondas solo pueden propagarse en una dirección determinada.

Un planeta joven en un disco de gas se parece a un nadador que intenta nadar contra la corriente: la fricción con el gas lo frena y se acerca a la estrella en espiral. Para los planetas rocosos pequeños, esa caída puede llevar menos tiempo del que necesitan para crecer. Pero en el disco también hay corrientes opuestas: vórtices que pueden empujar al planeta hacia afuera.

El helio líquido, enfriado casi hasta el cero absoluto, se comporta como dos fluidos a la vez: una parte viscosa ordinaria y una parte superfluida que fluye sin fricción. Cuando esa corriente choca con un cilindro, nacen vórtices detrás de él.

En un superconductor, la corriente eléctrica fluye sin pérdidas, como el agua por una tubería perfectamente lisa. Pero si se coloca este material en un campo magnético, aparecen vórtices en su interior: pequeños remolinos donde la superconductividad se destruye.

Las bacterias en una gota de agua se empujan y nadan, cada una por su cuenta, pero juntas crean patrones. Con movimiento débil, el líquido burbujea como una sopa a fuego fuerte: los remolinos chocan y la dirección de la corriente cambia cada segundo. Esto se llama turbulencia bacteriana.

Una placa delgada se coloca transversal al flujo de agua o aire. Detrás de ella nace una estela: una zona donde el flujo se enreda y se mezcla. Normalmente, esta estela se vuelve turbulenta cuando la velocidad del flujo es suficientemente alta, y la medida de esto es el número de Reynolds.

La materia oscura es un océano invisible que, como mostraron las observaciones de Vera Rubin, evita que las estrellas se dispersen en las galaxias.

Un agujero negro en rotación se comporta como un embudo gigante, pero no solo aspira todo a su alrededor: retuerce el espacio mismo, como la rápida corriente de un río. Nuevos cálculos demuestran que en esta vorágine pueden nacer vórtices estables de partículas ultraligeras, posibles ladrillos de la materia oscura.

Deje caer miel sobre una esponja. Esta se desliza perezosamente, rodeando los huecos. Pero si la miel se vuelve más líquida al presionarla, el flujo será más astuto. Un líquido con espesor variable en un laberinto irregular de poros es un problema que no se había podido calcular. Los autores del nuevo trabajo promediaron el caos de los microcanales en ecuaciones sencillas.

Cuando se hace girar un líquido en una taza, se forma un remolino con un centro vacío. En ese centro hueco, las ondas encuentran una trampa: al reflejarse en las paredes, le roban energía al vórtice y crecen como el fuego a lo largo de una mecha: cada ola es más fuerte que la anterior, hasta que estalla un pico.