Nanoparticelle di silicio stabilizzate lungo i nuclei del vortice quantizzato. Credito:Minowa, Yosuke
Gli scienziati della Graduate School of Engineering Science dell'Università di Osaka hanno dimostrato come le nanoparticelle di silicio possono rimanere intrappolate all'interno dei vortici che si formano all'interno dell'elio superfluido. Questo lavoro apre nuove possibilità nella ricerca ottica per altre proprietà quantistiche dell'elio superfluido, come la manipolazione ottica di vortici quantizzati a causa della forte interazione tra luce e nanoparticelle di silicio.
Le regole della meccanica quantistica possono sembrarci molto estranee, con particelle che a volte si comportano come onde e viceversa. Normalmente, ci aspettiamo che il comportamento quantistico strano sia limitato a scale molto piccole. Tuttavia, quando alcuni materiali, come l'elio-4, vengono raffreddati a temperature molto basse, l'ondulazione ha effetti evidenti anche su scala macroscopica.
Questo elio "superraffreddato" è un esempio di condensazione di Bose-Einstein, in cui le onde che rappresentano gli atomi si sovrappongono fino a quando l'intero fluido agisce quasi come una singola particella. Questo processo non ha analoghi classici ed è un sistema utile per testare le teorie della meccanica quantistica, perché il passaggio a un superfluido nell'elio-4 avviene a temperature relativamente accessibili. Tuttavia, è ancora necessario essere in grado di visualizzare il movimento del superfluido.
Ora, un team di ricercatori guidato dall'Università di Osaka ha utilizzato nanoparticelle di silicio per aiutare a mostrare le caratteristiche dell'elio superfluido, simili al lancio di sassi per aiutare a visualizzare il flusso d'acqua in una cascata. "Siamo stati in grado di fornire prove sperimentali dirette che le nanoparticelle di silicio dense sono attratte da vortici quantizzati e si stabilizzano lungo il nucleo del vortice", afferma il primo autore Yosuke Minowa.
Una delle proprietà speciali dell'elio superfluido è che qualsiasi movimento rotatorio può verificarsi solo sotto forma di vortici quantizzati. Questi sono vortici minuscoli e discreti che portano ciascuno una quantità fissa di momento angolare. Gli scienziati hanno utilizzato la tecnica delle nanoparticelle per studiare il processo di riconnessione dei vortici, in cui le linee di vortici si fondono e si scambiano le parti. A causa della diffusione della luce dalle nanoparticelle, le linee del vortice erano chiaramente visibili.
Schemi di riconnessione di vortici quantizzati. Credito:Minowa, Yosuke
"La nostra tecnica proposta ci consente di utilizzare molti materiali diversi come particelle traccianti di vortici quantizzati", spiega Minowa. Lo studio dei vortici quantizzati nell'elio superfluido può aiutare gli scienziati a comprendere meglio sistemi quantistici più exoterici, come la corrente critica nei superconduttori ad alta temperatura.
L'articolo, "Visualization of quantized vortex reconnection enabled by laser ablation", è stato pubblicato in Science Advances . + Esplora ulteriormente
