Los científicos del MIT han recreado en el laboratorio los procesos que ocurren dentro de una estrella de neutrones y han escuchado la melodía cuántica que dio origen al universo: los tonos son las frecuencias en las que las partículas elementales resuenan como las notas de una guitarra.
En el corazón de las estrellas de neutrones, existe un extraño estado de la naturaleza llamado superfluido. Se cree que este estado de superfluidez también ocurrió en la sopa primordial que dio forma al Universo.
El superfluido, descubierto en 1937, es un estado por el cual la materia atraviesa un ambiente sin encontrar resistencia, ya sea gas, líquido o plasma: es un fenómeno físico que ocurre a temperaturas muy bajas, cercanas al cero absoluto, el límite en el que cesa toda actividad.
La superfluidez que se produce en el universo nunca se ha escuchado: aunque el año pasado un micrófono cuántico, capaz de escuchar partículas de sonido individuales que están presentes en una onda de sonido, este micrófono no se puede colocar dentro de una estrella de neutrones.
Escuchar lo que está sucediendo dentro de una estrella de neutrones o en el universo temprano es físicamente imposible, pero los científicos del MIT han encontrado una manera de hacerlo. Parece que si.
Superfluido de laboratorio
Crearon en el laboratorio un superfluido similar al que corre dentro de una estrella de neutrones: luego, removieron esa sopa cósmica artificial y pudieron escuchar cómo se comporta el sonido en el interior.
No es exactamente lo mismo, señalan los investigadores, pero está muy cerca de lo que podríamos escuchar si pudiéramos insertar un micrófono en una estrella de neutrones. “Es como si pudiéramos acercarnos a nuestros oídos sin ser desgarrados por la gravedad”, explica uno de los autores, Martin Zwierlein, en un lanzamiento del MIT.
La grabación es el producto de un glissando (adorno musical) de ondas sonoras que el equipo envía a través de un gas cuidadosamente controlado de partículas elementales conocidas como fermiones. Los tonos son las frecuencias en las que el gas resuena como las notas de una guitarra.
Para crear este fluido perfecto, los investigadores generaron un gas fermión que interactúa mucho: los fermiones son partículas elementales, como electrones, protones y neutrones, considerados los componentes básicos de toda la materia.
Agitación cuántica
Los fermiones prefieren permanecer separados entre sí. Pero cuando se agitan fuertemente, pueden comportarse como un fluido perfecto, con muy baja viscosidad o resistencia.
Los investigadores analizaron miles de ondas sonoras que viajan a través de este gas para medir la “difusión del sonido”, o la velocidad con la que el sonido se disipa en el gas, lo que está directamente relacionado con la viscosidad o fricción interna de un material. (fluidez).
Para su sorpresa, encontraron que la difusión del sonido dentro del superfluido era tan baja que podría describirse como una cantidad de fricción “cuántica”: esto significa que la fuerza de fricción que se opone al deslizamiento es mínima dentro de la masa de los fermiones individuales. . agitado en el gas.
Este valor fundamental obtenido en el experimento confirmó que el gas fermión de interacción fuerte se comporta como un fluido perfecto y que es de naturaleza universal.
Pioneros del sonido cuántico
Los resultados, publicados en la revista Science, muestran que los científicos pudieron por primera vez medir la difusión del sonido en un fluido perfecto creado en el laboratorio: refleja el comportamiento de la materia dentro de una estrella de neutrones y en plasma. del universo primordial.
Esto significa que, utilizando el fluido perfecto creado por el MIT, los investigadores pueden reproducir parte de lo que sucede dentro de una estrella de neutrones y penetrar en el mecanismo interno de estos cuerpos celestes, sin necesidad de mirar físicamente estos procesos cósmicos. .
Los investigadores señalan que, además de utilizar los resultados para estimar la fricción cuántica dentro de las estrellas de neutrones, los resultados pueden ser útiles para comprender cómo se puede hacer que ciertos materiales exhiban un flujo superconductor perfecto.
“Este trabajo está directamente relacionado con la resistencia de los materiales”, dice Zwierlein. “Habiendo descubierto cuál es la resistencia más pequeña que puede tener un gas, nos dice qué les puede pasar a los electrones en los materiales y cómo se pueden hacer materiales en los que los electrones fluyan perfectamente. Esto es emocionante. “
Referencia
Difusión de sonido universal en un gas Fermi altamente interactivo. Parth B. Patel y col. Science, 4 de diciembre de 2020: Vol.370, Número 6521, págs. 1222-1226.DOI: 10.1126 / science.aaz5756
Foto: Christine Daniloff, MIT
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