Secondo un recente studio dell'Università di Helsinki, pubblicato sulla rivista Physical Review Letters , un vortice di un superfluido che è stato quantizzato quattro volte ha tre modi di dividersi, a seconda della temperatura.
Il fluido si trasforma in un superfluido in prossimità dello zero assoluto della temperatura (circa -273°C). Le forze di resistenza interne, come l'attrito, scompaiono. A questo punto il comportamento del fluido non può più essere descritto mediante la meccanica classica; occorre invece applicare la fisica quantistica.
Quando un superfluido viene fatto girare, la rotazione risultante non dovrebbe mai rallentare perché i superfluidi non hanno viscosità o attrito. Questo è stato sperimentato a livello atomico utilizzando l'elio a rotazione molto lenta, e si è osservato che il superfluido, tuttavia, alla fine si fermava.
Il motivo è che la vorticità di un superfluido viene quantizzata:la rotazione complessiva si scompone in piccoli vortici:il momento angolare è sia quantizzato che persistente e quindi non scompare.
Un vortice regolare, come l'acqua che scarica da un lavandino, può ruotare sul proprio asse a qualsiasi velocità, mentre il momento angolare di un vortice quantizzato è sempre proporzionale a un numero intero. Questo numero intero è chiamato numero di avvolgimento. I numeri di avvolgimento dei vortici individuali e quadruplicati sono rispettivamente uno e quattro.
Un vortice quadruplicato quantizzato si divide facilmente in quattro vortici quantizzati singolarmente perché un vortice quadruplicato quantizzato è più instabile a causa dell'energia del sistema che diminuisce significativamente dopo la scissione. Un'energia inferiore significa un sistema più stabile.
Il ricercatore dottorando Xin Li dell'Università di Helsinki ha studiato nel suo recente lavoro i processi di scissione dei vortici quadruplicati. Cosa succede quando si lascia che un vortice instabile e quadruplamente quantizzato esista a tre diverse temperature, tutte ancora molto vicine allo zero assoluto?
Nello studio, è stato osservato che i vortici quadruplamente quantizzati hanno tre modi di dividersi, portando a tre diversi modelli. Sebbene questi modelli fossero stati identificati teoricamente in studi precedenti, i risultati hanno dimostrato per la prima volta che la temperatura porta a diversi processi di scissione.
La scissione è stata modellata applicando una teoria relativamente nuova al fenomeno, nota come dualità calibro/gravità o olografia. Questa dualità consente un esame sistematico dell'impatto della temperatura in un modo che assomiglia molto a una situazione realistica.
Lo studio indica che esistono due modelli osservati nell’intervallo di bassa temperatura, mentre un terzo modello potrebbe emergere se la temperatura aumenta ulteriormente. Sperimentalmente, finora sono stati osservati due di questi modelli di scissione e i ricercatori suggeriscono che a una temperatura più elevata un nuovo modello potrebbe diventare visibile.
Ulteriori informazioni: Shanquan Lan et al, Riscaldamento dei vortici quadruplamente quantizzati:modelli di suddivisione e transizioni dinamiche, lettere di revisione fisica (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.221602. Su arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2311.01316
Informazioni sul giornale: Lettere di revisione fisica , arXiv
Fornito dall'Università di Helsinki
