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de Fluidos.
El Truco del Helio
28 de Mayo de 2001.
¿Se imagina ver salir el agua de un grifo, y a continuación comprobar que ésta retrocede y vuelve por donde ha llegado? Aunque extraño, un grupo de científicos ha observado un fenómeno semejante utilizando helio-4 superfluido.
El equipo de investigadores trabaja en el Jet Propulsion Laboratory y con este experimento sus integrantes se han convertido en los primeros que han podido constatar el llamado efecto Josephson en este tipo de sustancia.
Cuando el helio-4, el tipo de helio más común, se encuentra en estado superfluido, se comporta de un modo particular. Los superfluidos permiten que la materia fluya sin fricción, de la misma manera que la electricidad fluye sin encontrar resistencia en un superconductor.
En 1962, el premio Nobel Brian Josephson predijo el efecto que llevaría su nombre. En un fluido ordinario, como el agua, es una diferencia de presión entre los dos extremos de una tubería lo que hace que ésta circule. En efecto, el agua surge de un grifo porque se mueve desde un área de alta presión a otra de baja presión. En una tubería de estas características, el líquido sólo la recorrerá en un sentido.
Sin embargo, y debido al efecto Josephson, un superfluido se comporta de manera distinta. Cuando se aplica presión a una tubería, éste empezará a oscilar hacia adelante y hacia atrás, o hacia arriba y hacia abajo, a un ritmo proporcional a la diferencia de presión. Es decir, en cierto modo el efecto permite al fluido desafiar la gravedad.
En un experimento realizado en el JPL para constatar el efecto Josephson en helio-4, se emplearon varios termómetros de muy alta resolución para controlar que la temperatura del superfluido permaneciese a tan sólo dos grados por encima del cero absoluto. Bajo esta frígida temperatura, el helio-4 entra en un estado cuántico, en el cual su comportamiento se vuelve extraño. Utilizando fuerzas electrostáticas para crear una diferencia de presión a través de la tubería, los científicos vieron cómo el superfluido oscilaba de un extremo a otro.
La razón de este comportamiento es que el fluido empieza a obedecer las leyes de la mecánica cuántica, la cual gobierna la actuación de los átomos a muy bajas temperaturas. En esencia, el experimento ha permitido ver el funcionamiento de la mecánica cuántica a escala macroscópica.
La observación del efecto Josephson en el helio-4 superfluido es muy interesante porque posibilita hacer mediciones de una rotación muy pequeña. Por ejemplo, esto permite a los investigadores calcular de forma muy precisa cuán rápido gira nuestro planeta sobre su eje. Esta información, además, nos ayudará a conocer mejor los movimientos tectónicos de las placas y a predecir los terremotos.
Las investigaciones también posibilitarán construir giroscopios simples pero muy precisos para que las naves espaciales puedan navegar y orientarse correctamente. Existe un proyecto de la NASA llamado Terrestrial Planet Finder, pensado para localizar planetas extrasolares del tamaño de la Tierra, que consistirá en varios satélites volando en formación. Los vehículos necesitarán una extrema precisión en la navegación para mantener las distancias y la orientación entre ellos.
El efecto Josephson había sido observado en superconductores en 1963, y después en el isótopo helio-3 en 1987, pero había evitado a los científicos durante 35 años para el helio-4. Ciertas propiedades de este elemento lo hacen más fácil de manipular en los laboratorios y en el espacio.
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