El famoso cuadro de Van Gogh "La noche estrellada" ha tocado la fibra sensible de innumerables amantes del arte durante más de cien años. El turbulento y arremolinado cielo nocturno parece tener una resonancia intrigante con la textura de la turbulencia cuántica en la física. Un equipo de investigación de la Universidad Pública de Osaka en Japón y el Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología observaron por primera vez la "inestabilidad cuántica de Kelvin-Helmholtz" (KHI) en fluidos cuánticos y descubrieron una nueva estructura de vórtice que se asemeja a la luna creciente en el "Cielo estrellado", a saber, skyrmions fraccionarios excéntricos (EFS).
Este fenómeno se predijo teóricamente hace décadas, pero nunca se ha observado directamente de forma experimental. El artículo correspondiente se publicó en el último número de "Nature Physics".
KHI es un fenómeno importante en la mecánica de fluidos clásica. Cuando dos fluidos con diferentes velocidades se encuentran en el límite, se forman ondas y vórtices. Este fenómeno se puede encontrar en las olas arrastradas por el viento, las nubes e incluso en el cielo arremolinado de la Noche Estrellada. El equipo de investigación preguntó: ¿Podrían ocurrir inestabilidades similares en los fluidos cuánticos?
Para probar esta idea, el equipo enfrió el gas atómico de litio hasta cerca del cero absoluto, preparó un condensado de Bose-Einstein multicomponente (superfluido cuántico) y formó dos fluidos con diferentes velocidades en él. En su interfaz apareció por primera vez una estructura ondulada en forma de dedo, similar a la turbulencia clásica; luego, bajo la acción de la mecánica cuántica y las reglas topológicas, se generaron vórtices especiales.
El equipo descubrió que estos vórtices son un defecto topológico previamente desconocido conocido como skyrmions fraccionarios excéntricos. A diferencia de los skyrmions centrados y simétricos comunes, EFS tiene forma de menisco y contiene singularidades incrustadas. Estos puntos rompen la estructura de giro original, provocando una fuerte distorsión. Dijeron que la luna creciente en la esquina superior derecha de la pintura "Cielo estrellado" parece un EFS.
Los Skyrmions se descubrieron por primera vez en materiales magnéticos. Debido a su alta estabilidad, pequeño tamaño y propiedades dinámicas únicas, han atraído mucha atención en los campos de la espintrónica y la memoria. El descubrimiento de un nuevo tipo de skyrmion en superfluidos no sólo proporciona nuevas ideas para tecnologías relacionadas, sino que también ayuda a ampliar la comprensión de los sistemas cuánticos.
El equipo planea realizar mediciones de mayor precisión en el futuro para verificar las predicciones teóricas del siglo XIX sobre la longitud de onda y la frecuencia de las ondas de interfaz impulsadas por KHI.