I ricercatori hanno utilizzato simulazioni numeriche per confermare le osservazioni dei vortici quantistici nell’elio superfluido utilizzando nanoparticelle di silicio, migliorando la comprensione dei fluidi quantistici e dei superconduttori.

Le regole della meccanica quantistica possono sembrare molto strane; Le particelle possono comportarsi come onde e le onde possono comportarsi come particelle. Uno strano comportamento quantistico si trova solitamente solo su scala molto piccola. Tuttavia, quando alcuni materiali, come l’elio-4, vengono raffreddati a temperature molto basse, l'”ondulazione” delle particelle ha effetti evidenti anche su scala macroscopica.

L’elio “superraffreddato” è un esempio di condensazione di Bose-Einstein, in cui le onde che rappresentano gli atomi interferiscono fino a quando l’intero liquido agisce come una particella massiccia. Questo processo non ha isotopi classici ed è un sistema utile per testare le teorie della meccanica quantistica, in cui la transizione al superfluido nell’elio-4 avviene a temperature relativamente accessibili. Tuttavia, è ancora essenziale essere in grado di visualizzare il movimento del superfluido.

Ora, un team di ricercatori ha utilizzato le nanoparticelle di silicio per aiutare a visualizzare le proprietà dell’elio superfluido, simili a saltare le pietre attraverso un fiume, per aiutare a visualizzare il flusso d’acqua. Una delle proprietà speciali del superelio è che qualsiasi movimento rotatorio può verificarsi solo sotto forma di vortici quantistici. Sono piccoli vortici separati, ciascuno con una quantità fissa di momento angolare. Gli scienziati hanno utilizzato “pietre” di nanoparticelle per studiare il processo di riconnessione dei vortici, in cui le linee di vortici si fondono e le parti si scambiano. Poiché la luce è diffusa dalle nanoparticelle, le linee di vortice che sono attratte da essa erano chiaramente visibili.

Makoto Tsubota, un ricercatore dell’Università Metropolitana di Osaka, ha guidato il team a simulare il comportamento osservato delle nanoparticelle di silicio. Abbiamo eseguito simulazioni numeriche di vortici quantistici coerenti con le condizioni degli esperimenti. I vortici simulati erano gli stessi delle note! Questo accordo conferma fortemente che ciò che abbiamo già osservato è il movimento dei vortici quantistici”, ha affermato il professor Tsubota.

Inoltre, il professor Tsubota ha osservato: “Il vortice quantistico è un tipico esempio di difetti topologici. I difetti topologici compaiono in vari sistemi come elio superfluido, atomi freddi, superconduttori, cristalli liquidi, cosmologia, ecc. La scoperta attuale aprirà una nuova strada per studiare i difetti topologici in questi diversi sistemi.

Fonte della storia:

Materiali offerto da Università metropolitana di Osaka. Nota: il contenuto può essere modificato in base allo stile e alla lunghezza.