Explicado el truco del péndulo cuántico

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Inmerso en un líquido especial ultra-frío, oscila más rápidamente.

Los físicos han explicado otra rareza del mundo cuántico: por qué si haces oscilar un péndulo a través de un fluido cuántico, acelera en lugar de frenar. La culpa es de diminutas “cuasi-partículas” que rebotan por el fluido, según informan unos investigadores finlandeses en un próximo ejemplar de Physical Review Letters.

Pendulum


El efecto es el opuesto al que se experimenta en el mundo normal. Si sumerges el péndulo del reloj de tu abuelo en agua, por ejemplo, se frenará.

Se necesita un tipo de fluido especial para realizar este truco cuántico. Los físicos Timo Virtanen y Erkki Thuneberg de la Universidad de Oulu han estado estudiando átomos de helio-3, que a muy bajas temperaturas forma una sustancia conocida como líquido de Fermi. En tal líquido, los átomos dejan de interactuar entre sí, como hacen normalmente, y empiezan a comportarse de extrañas formas cuánticas.

Los investigadores han estudiado los líquidos de Fermi desde hace décadas, para comprender mejor los fenómenos que se desencadenan a temperaturas bajas, tales como la superconductividad. “Es una teoría muy profunda – una de las cosas más básicas a comprender”, dice Thuneberg.

Por lo que quedó intrigado cuando, a principios de la década de 2000, investigadores de Helsinki informaron de experimentos en los que un péndulo aceleraba cuando se sumergía en una mezcla de líquido de Fermi. Decidió ver si podía descubrir por qué. En una serie de cálculos, Thuneberg y su estudiante Virtanen desarrollaron las matemáticas de cómo interactúa el péndulo con el fluido.

Cuando se enfrían hasta formar un líquido de Fermi, las partículas dejan de interactuar con fuerza entre sí, como hacen a temperaturas altas. En lugar de esto aparecen las cuasi-partículas, que son una combinación de las propias partículas junto a cómo afectan al entorno que las rodea. Como la partícula original, cada casi-partículas porta un espín, carga y momento.

Los investigadores calcularon que las cuasi-partículas rebotan en el líquido como balas, incrementando la fuerza del péndulo. No interactúan, como las partículas comunes, entre sí con bastante fuerza para crear resistencia al movimiento del péndulo a través de ellas. “Por esto es por lo que el comportamiento es diferente”, dice Thuneberg.

Los científicos llaman a este efecto recién hallado “fuerza de Landau” y planean calcular cómo podría funcioanr en otros sistemas, tales como paredes oscilantes.

George Pickett, físico de la Universidad de Lancaster en Inglaterra y miembro del equipo que informó originalmente del efecto, dice que el nuevo estudio es interesante y una demostración directa de la importancia de los líquidos de Fermi.


Autor: Alexandra Witze
Fecha Original: 28 de enero de 2011
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