Por primera vez, los investigadores han documentado la ocurrencia largamente predicha de 'paredes unidas por cuerdas' en helio-3 superfluido. La existencia de tal objeto, originalmente previsto por los teóricos de la cosmología, puede ayudar a explicar cómo se enfrió el universo después deBig Bang. Con la nueva capacidad de recrear estas estructuras en el laboratorio, los científicos terrestres finalmente tienen una forma de estudiar algunos de los posibles escenarios que podrían haber tenido lugar en el universo primitivo más de cerca.
Los resultados, que se publicarán el 16 de enero en Comunicaciones de la naturaleza , vino después de dos transiciones sucesivas de fase de ruptura de simetría en el Laboratorio de Baja Temperatura de la Universidad de Aalto.
El helio permanece líquido a la presión atmosférica incluso cuando se enfría a cero absoluto, en el cual todos los demás materiales se congelan sólidos. No solo el helio permanece fluido a temperaturas criogénicas, sino que se convierte en un superfluido a una temperatura suficientemente baja. Un material superfluido tieneesencialmente cero viscosidad, lo que significa que debe fluir para siempre sin perder energía.
Cuando se limita a un volumen nanoestructurado, los investigadores pueden usar fases superfluidas del isótopo helio-3 para estudiar los efectos como vórtices semicánticos: remolinos en el superfluido donde la cantidad de helio que fluye está estrictamente controlada por las reglas cuánticasfísica.
'Inicialmente pensamos que los vórtices medio cuánticos desaparecerían cuando bajáramos la temperatura. Resulta que ellos [vórtices medio cuánticos] en realidad sobreviven a medida que la muestra de helio-3 se enfría por debajo de la mitad de milikelvin, en lugar de una no tópicaaparece el muro '', dice Jere Mäkinen, autor principal del estudio y estudiante de doctorado en la Universidad de Aalto.
Aunque no son paredes físicas, lo que bloquearía el flujo, las paredes no topológicas alteran las propiedades magnéticas del helio. Los investigadores pudieron detectar los cambios mediante resonancia magnética nuclear.
En los primeros microsegundos después del Big Bang, algunos cosmólogos creen que todo el universo experimentó transiciones de fase de ruptura de simetría, como un superfluido dentro de un volumen nanoestructurado a medida que se enfría. La teoría dice que las fluctuaciones cuánticas o defectos topológicos, comoLas paredes de dominio y los vórtices cuánticos, en el universo ultra condensado, se congelaron en su lugar a medida que el universo se expandía. Con el tiempo, estas fluctuaciones congeladas se convirtieron en las galaxias que vemos y vivimos hoy. Ser capaz de crear estos objetos en el laboratorio puede permitirque comprendamos más sobre el universo y por qué se formó de la manera que lo hizo.
Como una ventaja adicional, la estructura de estos defectos similares a huracanes que Mäkinen creó en el laboratorio también proporciona un modelo potencial para el estudio de la computación cuántica topológica.
"Si bien el helio-3 líquido sería demasiado difícil y costoso de mantener como material para una computadora que funciona, nos da un modelo de trabajo para estudiar fenómenos que podrían usarse en materiales futuros más accesibles", dice.
El profesor emérito Grigori Volovik, coautor del nuevo estudio, predijo por primera vez los vórtices semánticos con VP Mineev en la década de 1970. Se observaron por primera vez en superfluido de helio, en el Laboratorio de temperatura baja Aalto, en 2016.
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Materiales proporcionados por Universidad de Aalto . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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