En el laboratorio, los investigadores del MIT han recreado los procesos que tienen lugar dentro de una estrella de neutrones y han escuchado la melodía cuántica que dio origen al universo: los sonidos son las frecuencias en las que las partículas elementales resuenan como notas de guitarra.
En el corazón de las estrellas de neutrones hay un extraño estado de la naturaleza llamado superfluido. Se cree que este estado de desbordamiento también apareció en la sopa inicial que dio forma al universo.
El sobrenadante descubierto en 1937 es un estado por el que la materia atraviesa el medio ambiente frente a resistencias, ya sean gaseosas, líquidas o plasmáticas: es un fenómeno físico que se da a temperaturas muy bajas, cercanas al cero absoluto, límite en el que cesan todas las funciones.
Nunca se ha oído hablar del desbordamiento en el universo: aunque el año pasado micrófono cuántico, que es capaz de escuchar partículas de sonido individuales en una onda de sonido, dicho micrófono no se puede colocar dentro de una estrella de neutrones.
Escuchar lo que sucede dentro de una estrella de neutrones o en el universo primordial es físicamente imposible, pero los científicos del MIT han encontrado una forma de hacerlo. Eso suena así.
Superneste de laboratorio
Crearon un sobrenadante en el laboratorio que es similar al que hay dentro de una estrella de neutrones: luego mezclaron una sopa cósmica artificial y pudieron escuchar cómo se comporta el sonido en el interior.
No es exactamente lo mismo, señalan los científicos, pero se acerca mucho a lo que podríamos escuchar si pudiéramos colocar una estrella de neutrones en un micrófono. “Como si pudiéramos acercar nuestros oídos sin romper la gravedad”, dice uno de los autores, Martin Zwierlein. lanzamiento del MIT.
La grabación es el resultado de un glissando (adorno musical) de ondas sonoras enviadas por un equipo a través de un gas cuidadosamente controlado de partículas elementales llamadas fermiones. Los sonidos son frecuencias en las que el gas resuena como notas de guitarra.
Para crear este fluido perfecto, los investigadores crearon un gas para fermiones que interactúan fuertemente: los fermiones son partículas elementales, como electrones, protones y neutrones, que se consideran los componentes básicos de toda la materia.
Agitación cuántica
Los fermiones prefieren mantenerse separados. Pero cuando se agitan vigorosamente, pueden comportarse como un líquido perfecto con muy baja viscosidad o resistencia.
Los científicos analizan miles de ondas sonoras que pasan a través de este gas para medir la “difusión del sonido” o la rapidez con que el sonido se evapora en el gas, lo que está directamente relacionado con la viscosidad o fricción interna del material. (fluidez).
Para su sorpresa, descubrieron que la difusión del sonido en el sobrenadante era tan baja que podría describirse mediante una cantidad de fricción “cuántica”: es decir, la fuerza de fricción antideslizante es mínima en la masa de fermiones individuales. revuelto en gas.
Este valor básico obtenido en el experimento confirmó que el gas fermión que interactúa fuertemente se comporta como un líquido completo y que es de naturaleza universal.
Pioneros del sonido cuántico
Los resultados, publicados en la revista Science, muestran que por primera vez los científicos han podido medir la difusión del sonido en un líquido completo creado en un laboratorio: refleja el comportamiento de la materia dentro de una estrella de neutrones y en plasma en el universo original.
Esto significa que con el fluido perfecto creado por el MIT, los científicos pueden reproducir algo de lo que sucede dentro de una estrella de neutrones y penetrar el mecanismo interno de estos cuerpos celestes sin tener que mirar físicamente dentro de 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 pueden obtener ciertos materiales para demostrar un flujo superconductor completo.
“Este trabajo está directamente relacionado con la resistencia de los materiales”, dice Zwierlein. “Una vez que hemos descubierto qué gas puede tener la menor resistencia, nos dice qué puede pasar con los materiales y cómo se pueden fabricar materiales donde los electrones fluyen perfectamente. Es emocionante.”
Referencia
Difusión de sonido universal en un gas Fermi que interactúa fuertemente. Parth B. Patel y col. Science, 4 de diciembre de 2020: Volumen 370, número 6521, págs. 1222-1226. DOI: 10.1126 / science.aaz5756
Foto: Christine Daniloff, MIT
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