Una nuova tecnica per studiare i vortici nei fluidi quantistici è stata sviluppata dai fisici di Lancaster.

Andrew Guthrie, Sergej Kafanov, Teo Nobile, Yuri Pashkin, George Pickett e Viktor Tsepelin, in collaborazione con scienziati dell'Università statale di Mosca, ha utilizzato minuscoli risonatori meccanici per rilevare singoli vortici quantistici nell'elio superfluido.

Il loro lavoro è pubblicato nell'attuale volume di Comunicazioni sulla natura .

Questa ricerca sulla turbolenza quantistica è più semplice della turbolenza nel mondo reale, che si osserva in fenomeni quotidiani come surf, fiumi che scorrono veloci, nuvole di tempesta fluttuanti, o fumo di canna fumaria. Nonostante sia così comune e si trovi ad ogni livello, dalle galassie al subatomico, non è ancora del tutto compreso.

I fisici conoscono le equazioni fondamentali di Navier-Stokes che regolano il flusso di fluidi come aria e acqua, ma nonostante secoli di tentativi, le equazioni matematiche ancora non possono essere risolte.

La turbolenza quantistica può fornire gli indizi per una risposta.

La turbolenza nei fluidi quantistici è molto più semplice della sua controparte classica "disordinata", ed essendo costituito da identici vortici singolarmente quantizzati, può essere pensato come fornire una "teoria atomica" del fenomeno.

Inutilmente, turbolenza nei sistemi quantistici, per esempio nell'elio superfluido 4, avviene su scala microscopica, e finora gli scienziati non hanno avuto strumenti con sufficiente precisione per sondare vortici così piccoli.

Ma ora la squadra di Lancaster, lavorando ad una temperatura di pochi millesimi di grado sopra lo zero assoluto, ha sfruttato la nanoscienza per consentire il rilevamento di singoli vortici quantistici (con dimensioni del nucleo alla pari dei diametri atomici) utilizzando una "corda di chitarra" su nanoscala nel superfluido.

Il modo in cui il team lo fa è intrappolare un singolo vortice lungo la lunghezza della "corda" (una barra di circa 100 nanometri di diametro). La frequenza di risonanza della barra cambia quando un vortice è intrappolato, e quindi la velocità di cattura e rilascio dei vortici può essere seguita, aprendo una finestra nella struttura turbolenta.

Il dottor Sergey Kafanov, che ha avviato questa ricerca, ha affermato:"I dispositivi sviluppati hanno molti altri usi, uno dei quali è quello di eseguire il ping all'estremità di un vortice parzialmente intrappolato per studiare le oscillazioni su scala nanometrica del nucleo del vortice. Speriamo che gli studi aggiungano alla nostra comprensione della turbolenza e possano fornire indizi su come risolvere queste equazioni ostinate".