Se ha descubierto un nuevo mecanismo para crear vórtices gigantes en fluidos ópticos cuánticos.

Cualquiera que haya vaciado una bañera o haya mezclado nata con café, ha visto un remolino. Cuando el líquido circula, hay vórtices por todas partes. Pero, a diferencia del agua, los fluidos que se rigen por las extrañas reglas de la mecánica cuántica tienen una limitación especial: como predijo por primera vez el futuro premio Nobel Lars Onsager en 1945, los vórtices en los fluidos cuánticos sólo pueden girar en números enteros.

Se predice que estas estructuras giratorias se utilizarán en todo, desde sistemas cuánticos hasta agujeros negros. Sin embargo, mientras que los vórtices cuánticos más pequeños posibles se han observado en muchos sistemas con una sola unidad giratoria, los vórtices más grandes son inestables. Cuando los científicos intentan forzar la unión de vórtices más grandes, los resultados son contradictorios: cuando se forman vórtices, la seriedad de los métodos utilizados a menudo socava su utilidad.

Ahora, los profesores Samuel Alperin y Natalia Belov de la Universidad de Cambridge han descubierto un mecanismo teórico mediante el cual los vórtices cuánticos gigantes no sólo son estables, sino que pueden formarse en un fluido casi uniforme. El descubrimiento, publicado en la revista Optics, podría allanar el camino para experimentos que podrían proporcionar información sobre la naturaleza de los agujeros negros giratorios, que se asemejan a vórtices cuánticos gigantes.

Para ello, los investigadores utilizaron mezclas cuánticas de luz y materia llamadas polarones. Las partículas se forman al irradiar luz láser sobre materiales en capas especiales. "Cuando la luz queda atrapada en capas, la luz y la materia se vuelven inseparables y, aunque heredan propiedades, se vuelve más práctico ver la materia como algo diferente de la luz o la materia", dijo Alpe, estudiante de doctorado en matemáticas aplicadas y física teórica de la Universidad. dijo Lin de Cambridge.

Una de las propiedades más importantes de los polarones proviene de un simple hecho: la luz no puede quedar atrapada para siempre. Los fluidos polaritónicos, que requieren altas densidades de partículas extrañas para brillar continuamente, necesitan luz nueva de los láseres para sobrevivir. "El resultado", dijo Alperin, "es un fluido al que nunca se le permite sedimentarse y que no necesita obedecer las limitaciones físicas fundamentales habituales, como la conservación de la energía. Aquí, la energía se puede cambiar como parte de la dinámica de fluidos". "

Es este flujo constante de luz líquida lo que los investigadores utilizaron para formar un esquivo vórtice gigante. En lugar de iluminar con un láser el fluido polaritón, la nueva propuesta le daría la forma de un anillo, como según Según la teoría, el agua que fluye hacia el desagüe de una bañera es suficiente para concentrar cualquier rotación en un vórtice gigante. Es bastante sorprendente que un vórtice gigante pueda existir en tales condiciones, pero en realidad demuestra cuán completamente diferente es la hidrodinámica de los polarones. provienen de los fluidos cuánticos estudiados más a fondo. "Éste es un campo apasionante."

Los investigadores afirman que su estudio de los vórtices cuánticos gigantes acaba de comenzar. Pueden simular la colisión de varios vórtices cuánticos mientras danzan entre sí a velocidades cada vez mayores hasta que chocan para formar un vórtice gigante similar a la colisión de agujeros negros. También explican las inestabilidades que limitan el tamaño máximo de los vórtices al explorar la compleja física del comportamiento de los vórtices.

Los investigadores esperan que la similitud pueda conducir a nuevos conocimientos sobre la teoría hidrodinámica cuántica, pero también dicen que los polarones podrían ser una herramienta útil para estudiar el comportamiento de los agujeros negros.