La fisica quantistica ci offre sempre nuove sorprese e sfide. Recentemente, un gruppo di ricercatori dell’Università di Lancaster e dell’Università di Aalto ha segnato una svolta nella comprensione della turbolenza quantistica. La loro scoperta, pubblicata su Nature Physics, riguarda la comprensione di come l’energia scompaia nella turbolenza quantistica, aprendo la strada a una migliore comprensione su scale di grandezza che vanno dal microscopico al planetario. Il team di ricerca ha dimostrato una nuova comprensione del modo in cui il moto ondulatorio trasferisce l’energia da scale di lunghezza macroscopiche a microscopiche. In particolare, i risultati confermano una previsione teorica su come l’energia viene dissipata a piccole scale. Ciò potrebbe consentire una migliore comprensione della turbolenza a partire dal livello quantistico e migliorare l’ingegneria in settori in cui il flusso e il comportamento di fluidi e gas, come l’acqua e l’aria, sono una questione fondamentale.

La turbolenza quantistica su grandi scale, come quella attorno ad aerei o navi in movimento, è difficile da simulare. Ma a piccole scale, è diversa da quella classica perché il flusso turbolento di un fluido quantistico è confinato attorno a centri di flusso simili a linee, chiamati vortici, e può assumere solo determinati valori quantizzati.

Il dottor Samuli Autti della Lancaster University, uno degli autori dello studio, ha dichiarato che questa scoperta diventerà una pietra miliare della fisica dei grandi sistemi quantistici. La comprensione della turbolenza macroscopica ha un enorme numero di potenziali usi nel mondo reale, come il miglioramento dell’aerodinamica dei veicoli, il miglioramento delle condizioni meteorologiche fino all migliore controllo del flusso dell’acqua nelle tubature. Il team di ricercatori, guidato dallo scienziato senior Vladimir Eltsov, ha studiato la turbolenza nell’isotopo Elio-3 in un refrigeratore rotante a bassissima temperatura, unico nel suo genere, nel Low Temperature Laboratory di Aalto. Hanno scoperto che su scale microscopiche le cosiddette onde Kelvin agiscono sui singoli vortici spingendo continuamente l’energia verso scale sempre più piccole, portando infine alla scala in cui avviene la dissipazione dell’energia.

Il dottor Jere Mäkinen dell’Università di Aalto ha dichiarato: “La questione di come l’energia scompaia dai vortici quantizzati a temperature bassissime è stata cruciale nello studio della turbolenza quantistica. Il nostro set-up sperimentale è stato in grado di dimostrare per la prima volta il modello teorico delle onde Kelvin, che trasferiscono l’energia alle scale di lunghezza dissipative, nel mondo reale”. La prossima sfida del team è quella di manipolare un singolo vortice quantizzato utilizzando dispositivi su scala nanometrica immersi in superfluidi.