Perché non ci sono limiti di velocità nell’universo dei superfluidi

I ricercatori della Lancaster University hanno scoperto la ragione dell'assenza di limiti di velocità dentro un superfluido: particelle esotiche si attaccano a tutte le superfici del superfluido.

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I fisici della Lancaster University hanno stabilito perché gli oggetti che si muovono attraverso l’elio-3 superfluido non hanno un limite di velocità.

L’elio-3 è un raro isotopo dell’elio, in cui manca un neutrone. Diventa superfluido a temperature estremamente basse, consentendo proprietà insolite come la mancanza di attrito per oggetti in movimento.

Si pensava che la velocità degli oggetti che si muovevano attraverso l’elio-3 superfluido fosse fondamentalmente limitata alla velocità critica di Landau e che il superamento di questo limite di velocità avrebbe distrutto il superfluido. Precedenti esperimenti a Lancaster avevano permesso di scoprire che, invece, non c’è una regola rigida e gli oggetti possono muoversi a velocità molto maggiori senza distruggere il fragile stato superfluido.

Ora gli scienziati della Lancaster University hanno scoperto la ragione dell’assenza del limite di velocità: particelle esotiche che si attaccano a tutte le superfici del superfluido.

La scoperta potrebbe guidare le applicazioni nella tecnologia quantistica, persino nell’informatica quantistica, dove più gruppi di ricerca mirano già a fare uso di queste particelle insolite.

Per scuotere le particelle legate alla vista, i ricercatori hanno raffreddato l’elio-3 superfluido fino a un decimillesimo di grado dallo zero assoluto (0,0001K o -273,15 ° C). Hanno quindi spostato un filo attraverso il superfluido ad alta velocità e misurato quanta forza era necessaria per muovere il filo. A parte una forza estremamente piccola relativa allo spostamento delle particelle legate quando il filo inizia a muoversi, la forza misurata era zero.

L’autore principale, il dottor Samuli Autti, ha dichiarato: “L’elio-3 superfluido diventa come il vuoto per una barra che vi si muove attraverso, sebbene sia un liquido relativamente denso. Non c’è resistenza, nessuna. Lo trovo molto intrigante“.

Lo studente Ash Jennings ha aggiunto: “Facendo in modo che la bacchetta cambi la sua direzione di movimento, siamo stati in grado di concludere che la bacchetta sarà nascosta al superfluido dalle particelle legate che la ricoprono, anche quando la sua velocità è molto alta“.

“Con queste particelle esotiche legate al materiale, inizialmente è necessario applicare una forza minima per avviare lo spostamento dell’asta, ma una volta esercitata questa forza iniziale, non è più necessario applicare nessuna forza”, ha detto il dottor Dmitry Zmeev, che ha supervisionato il progetto.

I ricercatori di Lancaster includevano Samuli Autti, Sean Ahlstrom, Richard Haley, Ash Jennings, George Pickett, Malcolm Poole, Roch Schanen, Viktor Tsepelin, Jakub Vonka, Tom Wilcox, Andrew Woods e Dmitry Zmeev.

I risultati sono pubblicati su Nature Communications.