Los científicos del MIT han captado por primera vez señales de un "segundo sonido" directamente en un superfluido. El extraño fenómeno ocurre cuando el calor viaja como ondas sonoras a través de un estado inusual de la materia. En nuestra experiencia diaria, la energía térmica se escapa al entorno. El objeto más caliente se enfría hasta la temperatura de otros materiales cercanos mientras los calienta hasta alcanzar el equilibrio. Sin embargo, en materiales no convencionales, la física puede funcionar de forma contraria a la intuición.
Un superfluido es un estado raro de la materia que tiene viscosidad cero, lo que significa que la materia puede fluir sin resistencia ni fricción. Durante mucho tiempo se predijo que el calor debería poder fluir en superfluidos como ondas sonoras, de ahí el nombre de "segundo sonido", pero hasta ahora no se había observado directamente.
"Es como tener un tanque de agua y hacer que la mitad esté casi hirviendo", dijo el autor del estudio Richard Fletcher, profesor asistente. "Si luego miras, el agua misma puede parecer completamente quieta, pero de repente el otro lado se calienta, y luego el otro lado se calienta nuevamente, y el calor fluye hacia adelante y hacia atrás, mientras que el agua parece completamente quieta.
Para visualizar este fenómeno, los investigadores tuvieron que crear una forma completamente nueva de detectar el calor. Normalmente se utilizarían sensores infrarrojos, pero para crear un superfluido es necesario enfriar el gas cuántico hasta casi el cero absoluto, y la radiación infrarroja no se emite a temperaturas tan bajas. Entonces el equipo recurrió a la radio.
Los investigadores utilizaron un gas cuántico compuesto de fermiones de litio-6 y descubrieron que cuanto mayor es la temperatura de estos fermiones, mayor es la frecuencia a la que resuenan. El equipo aplicó frecuencias de radio más altas al gas, lo que provocó que los fermiones más calientes dentro de él resonaran en respuesta. Al rastrear qué fermiones resuenan en diferentes momentos, los científicos pueden captar el "segundo sonido" cuando las ondas de calor oscilan hacia adelante y hacia atrás.
Martin Zwierlein, primer autor del estudio, dijo: "Por primera vez podemos tomar fotografías de esta sustancia mientras se enfría hasta la temperatura crítica del superfluido y ver directamente cómo pasa de un fluido ordinario con un aburrido equilibrio térmico a un superfluido con calor deslizándose hacia adelante y hacia atrás".
El equipo dice que observar este extraño fenómeno podría ayudar a los científicos a comprender mejor la conductividad del calor en estados más raros de la materia, incluidos los superconductores y las estrellas de neutrones, y a su vez ayudarlos a diseñar mejores sistemas.
La investigación fue publicada en la revista Science.