Ciudad de México.- Por primera vez, un grupo internacional de investigadores ha registrado la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz (KHI), en un fluido cuántico. El hallazgo, que parecía solo posible en teoría, ha revelado estructuras onduladas y vórtices con una sorprendente semejanza a la icónica luna de La Noche Estrellada de Vincent van Gogh.

Esta inestabilidad produce patrones de vórtices exóticos conocidos como esquirmiones fraccionales excéntricos, cuyas estructuras en forma de medialuna se asemejan a la luna de la obra maestra de Van Gogh.

La inestabilidad de Kelvin-Helmholtz (KHI) es un fenómeno clásico en dinámica de fluidos, donde las ondas y los vórtices se forman en la frontera entre dos fluidos que se mueven a diferentes velocidades, como se observa en las olas oceánicas azotadas por el viento, las nubes arremolinadas o los cielos de Van Gogh.

“Nuestra investigación comenzó con una pregunta simple: ¿Puede la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz ocurrir en fluidos cuánticos?”, afirmó en un comunicado Hiromitsu Takeuchi, profesor asociado de la Escuela de Posgrado de Ciencias de la Universidad Metropolitana de Osaka y uno de los autores principales de este estudio.

Al enfriar gases de litio casi hasta el cero absoluto, los investigadores crearon un condensado de Bose-Einstein multicomponente (un superfluido cuántico) con dos corrientes que fluyen a diferentes velocidades. En su interfaz, surge un patrón de digitación ondulada, similar a la turbulencia clásica, pero luego se generan vórtices, regidos por las extrañas reglas de la mecánica cuántica y la topología.

Estos vórtices resultaron ser esquirmiones fraccionales excéntricos, o EFS, un tipo de defecto topológico recientemente descubierto.

“Los esquirmiones suelen ser simétricos y centrados“, explicó Takeuchi. “Pero los EFS tienen forma de medialuna y contienen singularidades incrustadas: puntos donde la estructura de espín habitual se rompe, creando fuertes distorsiones. Para mí, la gran luna creciente en la esquina superior derecha de La Noche Estrellada se ve exactamente como un EFS”, añadió Takeuchi.

Tecnologías aplicadas

Los esquirmiones, descubiertos por primera vez en materiales magnéticos, están despertando un creciente interés para su uso en espintrónica y dispositivos de memoria debido a su estabilidad, tamaño pequeño y dinámica inusual.

El descubrimiento de un nuevo tipo de esquirmiones en un superfluido podría tener implicaciones tanto para las tecnologías aplicadas como para nuestra comprensión de los sistemas cuánticos.

De cara al futuro, el equipo planea refinar sus mediciones. “Con experimentos más precisos, podríamos comprobar las predicciones del siglo XIX sobre la longitud de onda y la frecuencia de las ondas de interfaz impulsadas por KHI”, afirmó Takeuchi.

Los investigadores también ven un potencial teórico más amplio.

“Los EFS desafían las clasificaciones topológicas tradicionales”, concluyó Takeuchi. “Sus singularidades incrustadas plantean nuevas preguntas y esperamos explorar si surgen estructuras similares en otros sistemas multicomponentes o de dimensiones superiores”.

Qué es la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz

• Se da cuando dos capas de fluido (aire, agua, plasma…) fluyen a velocidades distintas.

• La fricción en la frontera entre ambas provoca ondas que crecen y se retuercen.

• En la atmósfera, puede formar nubes onduladas en espiral y generar turbulencia en aire claro, peligrosa para la aviación.

• En el espacio, se ha observado en la superficie del Sol y en atmósferas planetarias.

• Ahora, por primera vez, se ha visto a escala cuántica.