Ogni fluido, dall'atmosfera terrestre al sangue che pompa attraverso il corpo umano, ha viscosità, una caratteristica quantificabile che descrive come il fluido si deformerà quando incontra altra materia. Se la viscosità è maggiore, il fluido scorre tranquillamente, uno stato noto come laminare. Se la viscosità diminuisce, il fluido subisce la transizione dal flusso laminare a quello turbolento.
Il grado di flusso laminare o turbolento viene chiamato numero di Reynolds, che è inversamente proporzionale alla viscosità. La legge di somiglianza dinamica di Reynolds, nota anche come similitudine di Reynolds, afferma che se due fluidi scorrono attorno a strutture simili con scale di lunghezza diverse, sono idrodinamicamente identici, a condizione che presentino lo stesso numero di Reynolds.
Tuttavia, questa similitudine di Reynolds non si applica ai superfluidi quantistici, poiché non hanno viscosità, almeno questo è ciò che credono i ricercatori. Ora, un ricercatore dell'Istituto Nambu Yoichiro di fisica teorica e sperimentale dell'Università metropolitana di Osaka in Giappone ha teorizzato un modo per esaminare la similitudine di Reynolds nei superfluidi, che potrebbe dimostrare l'esistenza della viscosità quantistica nei superfluidi.
Il dottor Hiromitsu Takeuchi, docente presso la Graduate School of Science dell'Università metropolitana di Osaka, ha pubblicato il suo approccio in Physical Review B .
"I superfluidi sono stati a lungo considerati un'ovvia eccezione alla similitudine di Reynolds", ha detto il dottor Takeuchi, spiegando che la legge di similitudine di Reynolds afferma che se due flussi hanno lo stesso numero di Reynolds, allora sono fisicamente identici. "Il concetto di viscosità quantistica ribalta il senso comune della teoria dei superfluidi, che ha una lunga storia di oltre mezzo secolo. Stabilire la similitudine nei superfluidi è un passo essenziale per unificare l'idrodinamica classica e quella quantistica."
Tuttavia, i superfluidi quantistici possono avere turbolenza, il che si traduce in un dilemma quantistico:la turbolenza nei fluidi richiede dissipazione, quindi come può la turbolenza superfluida sperimentare la dissipazione senza viscosità? Devono avere dissipazione e potrebbero seguire la similitudine di Reynolds, ma il giusto approccio per esaminarla non era ancora stato sviluppato.
Queste caratteristiche potrebbero essere esaminate, teorizza il dottor Takeuchi, analizzando come una sfera solida cade in un superfluido. Combinando la velocità terminale della caduta della sfera con la resistenza che la sfera incontra da parte del fluido mentre cade, i ricercatori possono determinare un analogo per la similitudine di Reynolds. Ciò significa che è possibile misurare la viscosità effettiva, chiamata viscosità quantistica.
"Questo studio si concentra su una questione teorica relativa alla comprensione della turbolenza quantistica nei superfluidi e mostra che la similitudine di Reynolds nei superfluidi può essere verificata misurando la velocità terminale di un oggetto che cade in un superfluido", ha affermato il dott. Takeuchi.
"Se questa verifica può essere fatta, allora ciò suggerisce che la viscosità quantistica esiste anche nei superfluidi puri allo zero assoluto. Non vedo l'ora di vederlo verificato attraverso la sperimentazione."
Ulteriori informazioni: Hiromitsu Takeuchi, Viscosità quantistica e similitudine di Reynolds di un superfluido puro, Physical Review B (2024). DOI:10.1103/PhysRevB.109.L020502
Informazioni sul giornale: Revisione fisica B
Fornito da Osaka Metropolitan University
