Científicos confirman la increíble existencia del ‘segundo sonido’

Normalmente, cuando algo se calienta, el calor tiende a expandirse hacia afuera antes de disiparse. Sin embargo, las cosas son un poco diferentes en el mundo de los gases cuánticos superfluidos. Por primera vez, los científicos del MIT han logrado imaginar cómo viaja el calor en una ola, conocida como «segundo sonido», a través de este fluido exótico. Entender esta dinámica podría ayudar a responder preguntas sobre los superconductores de alta temperatura y las estrellas de neutrones.

En el mundo de los materiales comunes, el calor tiende a dispersarse desde una fuente localizada. Caiga un carbón ardiente en una olla de agua, y el líquido lentamente alcanzará la temperatura antes de que su calor eventualmente se disipe. Sin embargo, existen materiales raros y exóticos que no juegan exactamente según estas reglas térmicas. En lugar de esparcirse como se esperaría, estos gases cuánticos superfluidos «ondulan» el calor de lado a lado; esencialmente, se propaga como una onda. Los científicos llaman a este comportamiento «segundo sonido» (el primero siendo el sonido ordinario a través de una onda de densidad). Esta fenómeno ha sido observado anteriormente, pero nunca se había logrado imagina. Recientemente, los científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) finalmente lograron capturar este movimiento del calor puro desarrollando un nuevo método de termografía (es decir, mapeo de calor).

Los resultados de este estudio fueron publicados en la revista Science, y en un comunicado de prensa de la universidad que destacó el logro, el profesor asistente del MIT y coautor Richard Fletcher continuó con la analogía de la olla hirviendo para describir la extraña naturaleza del «segundo sonido» en estos superfluidos exóticos.

“Es como si tuvieras un tanque de agua y hicieras que una mitad estuviera casi hirviendo”, dijo Fletcher. “Si miras, el agua misma puede parecer totalmente calma, pero de repente el otro lado está caliente, y luego el otro lado se calienta, y el calor va de un lado a otro, mientras el agua parece totalmente quieta”.

Estos superfluidos se crean cuando una nube de átomos es sometida a temperaturas ultrabajas cercanas al cero absoluto (−459.67 °F). En este estado raro, los átomos se comportan de manera diferente, creando un fluido esencialmente sin fricción. Es en este estado sin fricción que se ha teorizado que el calor se propaga como una onda.

“Segundo sonido es la característica distintiva de la superfluidez, pero en gases ultrafríos hasta ahora solo podías verlo en este débil reflejo de las ondas de densidad que lo acompañan”, dijo el autor principal Martin Zwierlein en un comunicado de prensa. “La naturaleza de la onda de calor no pudo ser probada antes”.

Para finalmente capturar este segundo sonido en acción, Zweierlein y su equipo tuvieron que pensar fuera de lo habitual, ya que hay un gran problema al intentar rastrear el calor de un objeto ultracongelado: no emite la típica radiación infrarroja. Así, los científicos del MIT diseñaron una manera de aprovechar las frecuencias de radio para rastrear ciertas partículas subatómicas conocidas como “fermiones de litio-6”, que pueden ser capturadas a través de diferentes frecuencias en relación a su temperatura (es decir, temperaturas más cálidas significan frecuencias más altas, y viceversa). Esta técnica novedosa permitió a los investigadores enfocarse esencialmente en las frecuencias «más cálidas» (que aún estaban muy frías) y seguir la segunda ola resultante a lo largo del tiempo.

Esto podría parecer un gran «y qué». Después de todo, ¿cuándo fue la última vez que tuviste un encuentro cercano con un gas cuántico superfluido? Pero pregunta a un científico de materiales o a un astrónomo, y obtendrás una respuesta completamente diferente.

Mientras que los superfluidos exóticos pueden no llenar nuestras vidas (aún), entender las propiedades del movimiento de la segunda ola podría ayudar a despejar dudas sobre los superconductores de alta temperatura (que, reitero, aún se encuentran a temperaturas muy bajas) o la confusa física que se encuentra en el corazón de las estrellas de neutrones.