Ahora podemos escuchar la melodía cuántica que dio origen al universo • Trends21

Los científicos del MIT recrearon en el laboratorio los procesos que ocurren dentro de una estrella de neutrones y escucharon la melodía cuántica que dio origen al universo: los tonos son las frecuencias en las que las partículas elementales resuenan como notas. de una guitarra.

En el corazón de las estrellas de neutrones hay 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 un gas, un líquido o un plasma: es un fenómeno físico que tiene lugar a muy baja temperatura, cerca de desde el 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 las partículas de sonido individuales presentes 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 temprano es físicamente imposible, pero los científicos del MIT han encontrado una manera de hacerlo. Se parece a esto.

Superfluido de laboratorio

En el laboratorio, crearon un superfluido similar al que fluye dentro de una estrella de neutrones: luego removieron esta sopa cósmica artificial y pudieron escuchar cómo se comporta el sonido en su 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 unir nuestros oídos sin que la gravedad nos desgarrara”, dice uno de los autores, Martin Zwierlein, en un Lanzamiento del MIT.

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La grabación es el producto de un glissando (adorno musical) de ondas sonoras que el equipo envió a través de un gas cuidadosamente controlado de partículas elementales llamadas fermiones. Los sonidos 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 fuertemente interactivo: 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 unos de otros. 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 atraviesan este gas para medir la “difusión del sonido” o la velocidad a la que el sonido se disipa en el gas, que está directamente relacionada con la viscosidad o fricción interna de un gas. material. (facilitar).

Para su sorpresa, encontraron que la difusión del sonido en el superfluido era tan pequeña que podría describirse mediante una cantidad de fricción “cuántica”: esto significa que la fuerza de fricción que se opone al deslizamiento es mínima en el masa de fermiones individuales. revuelto en gas.

Este valor fundamental obtenido en el experimento confirmó que el gas fermión que interactúa fuertemente 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 medir por primera vez 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.

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Esto significa que, utilizando el fluido perfecto creado por el MIT, los investigadores pueden replicar algo de lo que sucede dentro de una estrella de neutrones y penetrar el funcionamiento interno de estos cuerpos celestes, sin necesidad de observar. físicamente dentro de estos procesos cósmicos. .

Los investigadores señalan que, además de usar los resultados para estimar la fricción cuántica en 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. “Después de descubrir cuál es la resistencia más baja que puede tener un gas, nos dice qué puede suceder con los electrones en los materiales y cómo se pueden hacer materiales en los que los electrones fluyan perfectamente. Es emocionante.”

Referencia

Difusión de sonido universal en un gas Fermi fuertemente 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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