Estudiar fenómenos cuánticos a escalas macroscópicas

Unos científicos han diseñado un sistema único en el mundo capaz de hacer levitar una esfera superconductora en un superfluido a temperaturas extremas.

El dispositivo desarrollado consiste en un ‘levitador’ que abre una puerta al estudio de la turbulencia cuántica en regímenes de temperatura no explorados anteriormente, así como otros fenómenos cuánticos a escalas mayores que las microscópicas.

El equipo científico, formado por Manuel Arrayás Chazeta, José Luis Trueba Santander y Carlos Uriarte González, investigadores del Grupo de Electromagnetismo y Física Fundamental de la Universidad Rey Juan Carlos (URJC) en España, y D. Zmeev de la Universidad de Lancaster en el Reino Unido, ha completado el diseño optimizado y la fabricación de este ‘levitador’. Así, los investigadores han desarrollado una sonda única para estudiar el comportamiento de superfluidos en el rango de temperaturas de pocos microkelvins (temperaturas menores de una milésima de kelvin, es decir, muy cercanas al Cero Absoluto, la temperatura más baja que permiten las leyes de la física y que es de unos 273 grados centígrados bajo cero.

“Actualmente, una vez fabricado el ‘levitador’ el trabajo está enfocado en el sistema de detección de la posición de la esfera superconductora que debe integrarse en el interior de un criostato, un dispositivo que se utiliza para mantener bajas temperaturas”, explica Manuel Arrayás.

Para llevar a cabo este proyecto, en primer lugar, se realizó el desarrollo teórico del prototipo a partir de los principios básicos que gobiernan el comportamiento electromagnético de los superconductores. A continuación, se hicieron simulaciones numéricas para optimizar los parámetros de diseño con el fin de ahorrar costes en experimentos. Y finalmente, se procedió a la construcción del prototipo y realización de los test preliminares en un criostato de cristal lleno de helio (He) tipo II líquido a 272 grados centígrados bajo cero.

Imagen del dispositivo diseñado fuera del criostato. La moneda sirve de referencia para hacerse una idea de su tamaño. (Foto: Carlos Uriarte González)

Los resultados obtenidos permitirán ampliar los conocimientos que se tienen hasta ahora de fenómenos de turbulencia, que afectan al movimiento de coches, barcos y vehículos aeroespaciales. «La turbulencia, que ya fue objeto de estudio por parte del mismísimo Leonardo da Vinci, puede entenderse como el movimiento espacial y temporal complejo de un fluido, opuesto al régimen laminar. Hoy día, muchos procesos, desde la generación de campos magnéticos en las galaxias hasta la eficiencia de turbinas, dependen de la turbulencia. A pesar de su ubicuidad, la turbulencia permanece como unos de los grandes problemas no resueltos en ciencia”, apunta el investigador de la URJC. (Fuente: Irene Vega / URJC)