superfluidez

History

Fue descubierta en 1937 por Pyotr Kapitsa (no de la lista) y, de forma independiente, por John Allen y Don Misener. Lev Landáu la explicó con la teoría cuántica. Más tarde se comprendió que la superfluidez está relacionada con la condensación de los átomos en un único estado cuántico.

How it works

A temperaturas ultrafrías, los átomos de helio se comportan como una única partícula cuántica gigante (condensado de Bose-Einstein), moviéndose de forma coherente y sin las colisiones que provocan la fricción.

History

Fue descubierta en 1937 por Pyotr Kapitsa (no de la lista) y, de forma independiente, por John Allen y Don Misener. Lev Landáu la explicó con la teoría cuántica. Más tarde se comprendió que la superfluidez está relacionada con la condensación de los átomos en un único estado cuántico.

How it works

A temperaturas ultrafrías, los átomos de helio se comportan como una única partícula cuántica gigante (condensado de Bose-Einstein), moviéndose de forma coherente y sin las colisiones que provocan la fricción.

History

En 1937, Pyotr Kapitsa en Cambridge descubrió la casi total desaparición de la viscosidad en helio-4 por debajo de 2,17 K. Simultáneamente, John Allen y Don Misener observaron el efecto fuente. Lev Landáu, en 1941, construyó un modelo teórico introduciendo los conceptos de componente superfluida y normal. La idea de la conexión con la condensación de Bose-Einstein, predicha por Satyendra Nath Bose y Albert Einstein, fue propuesta por Fritz London (no de la lista). La superfluidez del He-3 fue descubierta en 1972 por Douglas Osheroff, Robert Richardson y David Lee, y se explica mediante el emparejamiento de Cooper con anisotropía.

How it works

La superfluidez del helio-4 se debe a la naturaleza bosónica de sus átomos. A bajas temperaturas, una fracción macroscópica de los átomos ocupa un único estado cuántico, formando un condensado de Bose-Einstein. Las excitaciones elementales —fonones y rotones— determinan el espectro. Según el teorema de Noether, la ruptura espontánea de la simetría gauge conduce a un modo de vibración sin gap, lo que posibilita la superfluidez. La componente superfluida fluye sin viscosidad mientras la velocidad no supere un valor crítico dado por el criterio de Landáu. La superfluidez del helio-3 es más compleja: los átomos son fermiones y forman pares de Cooper, convirtiéndose en bosones que luego condensan. Es análogo a la superconductividad, pero con emparejamiento de onda p, lo que produce anisotropía en las propiedades.

Open problems & fun facts

El mecanismo de la superfluidez a alta temperatura (si es posible) no se ha descubierto.; El comportamiento de la turbulencia cuántica en líquidos superfluidos no se comprende completamente.; Interacción entre las componentes superfluida y normal en geometrías complejas y en presencia de impurezas.

💡 El helio superfluido no hierve en el sentido habitual: debido a una conductividad térmica millones de veces mayor que la del cobre, no se forman burbujas y el líquido se evapora solo desde la superficie.