Gli scienziati del National High Magnetic Field Laboratory della Florida State University hanno fatto una scoperta nella fluidodinamica che vale davvero la pena stappare una bottiglia di buon vino.

Wei Guo, professore associato di ingegneria meccanica presso il FAMU-FSU College of Engineering, e l'assistente di ricerca laureato MagLab Toshiaki Kanai hanno pubblicato un nuovo studio sulla rivista Lettere di revisione fisica che fa luce su come i fluidi quantistici, chiamati anche superfluidi, si fondono. Si scopre che usano un meccanismo a cavatappi.

A livello atomico, questi fluidi obbediscono a un insieme di regole completamente diverse che si presentano a bassissime, o criogenico, temperature. In questo caso, quella temperatura si aggira intorno ai -273 gradi Celsius (circa -460 gradi Fahrenheit), molto più freddo che ovunque sulla Terra. Un tale ambiente può essere raggiunto solo con grande sforzo in appositi laboratori.

In altre parole, fluidi quantistici, detti anche superfluidi, sono davvero bizzarri. Sono anche di grande interesse per gli scienziati, in parte perché esistono nel cosmo, nelle stelle di neutroni e, possibilmente, nella materia oscura.

"Stelle di neutroni, essenzialmente, sono grandi, gocce superfluide rotanti, e quelle gocce possono fondersi insieme, " disse Guo, un fisico esperto che supervisiona il gruppo di ricerca sulla criogenia del MagLab. "Quindi ci siamo posti la domanda:cosa succede quando le gocce di superfluido rotanti si fondono insieme? Come viene trasferita la rotazione da una all'altra?"

La risposta che hanno avuto, sulla base di simulazioni numeriche, è stata una vera sorpresa. I risultati hanno mostrato che la rotazione di questi fluidi aveva poche somiglianze con la fluidodinamica classica. Però, può essere apprezzato da chiunque ami l'occasionale calice di gewürztraminer:il meccanismo era un cavatappi.

Il superfluido che hanno modellato era un condensato di Bose-Einstein. I BEC sono uno stato della materia completamente diverso dall'aria, liquido, solido o plasma, formato dal raffreddamento di un gas a densità molto bassa fino quasi allo zero assoluto, la temperatura più bassa possibile. In questo stato gelido gli atomi, risucchiati di quasi tutta la loro energia, essenzialmente agire come uno. Hanno viscosità zero; un BEC scorre senza dissipare energia.

Nel nostro mondo classico, quando una goccia di pioggia rotante cade in uno specchio d'acqua immobile, il movimento rotatorio e il momento angolare della goccia di pioggia vengono trasferiti all'acqua in cui cade attraverso strutture rotanti che conosciamo come vortici.

Ma quando Kanai ha creato un modello per vedere cosa succede nel mondo quantistico quando una goccia rotante di BEC si fonde con una statica, non c'era traccia di vortici o vortici. Eppure c'è stato un trasferimento di movimento.

"I vortici sono rimasti nella goccia rotante, ma non sono stati trasferiti in cima, " Guo ha spiegato. "Ma in qualche modo il movimento rotatorio e il momento angolare sono stati trasferiti nell'altra regione. Quindi abbiamo sentito che doveva esserci un meccanismo diverso che giocava quel ruolo. Una strana struttura è apparsa all'interfaccia delle due gocce, strana perché non appare in modo convenzionale, fluidi viscosi".

Quella strana struttura:un cavatappi.

"La struttura serve praticamente come un cavatappi, " esercitando una coppia, Ha spiegato Guo. "Genera il moto rotatorio in alto, statico, e poi rallenta la rotazione di quello inferiore. In questo modo, la rotazione viene trasferita dal basso verso l'alto."

I risultati sono stati doppiamente entusiasmanti, ha detto Kanai, che sembrava un po' stordito per essere già un autore principale di una pubblicazione mentre era ancora uno studente laureato in fisica alla Florida State.

"Dopo aver osservato per la prima volta la struttura del cavatappi, avevamo così tante domande, " ha detto. "Cosa causa questa struttura? In che modo la struttura influisce sulla dinamica? Quindi la scoperta in sé è stata molto interessante; ma dopo, anche capire la scoperta è stato molto emozionante."

Guo ha affermato che il loro lavoro potrebbe far luce su altre aree di ricerca:materia oscura e stelle di neutroni a livello cosmologico e, a livello quantistico, lo sviluppo di tecnologie basate su BEC come sensori o computer quantistici, un campo emergente chiamato Atomtronica.

"Questo potrebbe fornire agli astrofisici alcune informazioni su che tipo di strutture dovrebbero guardare quando osservano il cielo, " disse Guo.

Quindi la prossima volta che stappi una bottiglia di vino e ne ammiri la viscosità mentre vortica intorno al tuo bicchiere, brindare alla coppia, a bizzarro, condensati viscosi di Bose-Einstein e alle infinite meraviglie della scienza.