Un equipo internacional de físicos de la Universidad Metropolitana de Osaka y del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea logró, por primera vez, observar la inestabilidad cuántica de Kelvin-Helmholtz (KHI) en un entorno de laboratorio.
Vórtices exóticos que evocan la luna creciente de Van Gogh
La observación experimental fue posible al enfriar gases de litio casi hasta el cero absoluto, creando un condensado de Bose-Einstein multicomponente (un superfluido cuántico) con dos corrientes en movimiento a velocidades distintas. En la interfaz, emergió un patrón de digitación ondulada, que bajo las reglas de la mecánica cuántica y la topología, evolucionó hasta dar lugar a vórtices exóticos conocidos como esquirmiones fraccionales excéntricos (SFE).
La singularidad de estos esquirmiones reside en su forma de medialuna y sus singularidades internas, estructuras que sorprendentemente se asemejan a la luna creciente representada por Van Gogh en La noche estrellada. Así lo expresó Hiromitsu Takeuchi, profesor asociado de la Escuela de Posgrado de Ciencias de la Universidad Metropolitana de Osaka y uno de los autores principales del estudio: “Los skyrmions suelen ser simétricos y centrados. Pero los SFE 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 SFE”.
El arte de Van Gogh y la ciencia: patrones que trascienden disciplinas
La noche estrellada es uno de los emblemas del arte moderno. Vincent van Gogh la pintó en 1889, durante su estancia en el sanatorio de Saint-Rémy, en los Países Bajos. Aquejado por alucinaciones y viviendo en soledad, el pintor contemplaba a través de la ventana los cipreses y el cielo nocturno. Con pinceladas vigorosas y curvas frenéticas, captó la vibración de las estrellas y la luna, otorgando al paisaje un movimiento que parece anticipar turbulencias y ondas hoy reconocibles en la física de fluidos.
El lienzo, de 73,7 cm × 92,2 cm y realizado en óleo, pertenece a la colección del MoMA en Nueva York. Las estrellas mostradas por Van Gogh tienen halos brillantes y la luna creciente domina el cielo, justo como el esquirmión fraccional excéntrico detectado en laboratorio. El contraste entre el cielo en movimiento y la ciudad estática refuerza el simbolismo y la potencia visual de la obra.
Potencial tecnológico y teorías futuras
Tradicionalmente, los skyrmions se habían identificado en materiales magnéticos, despertando interés por su estabilidad, pequeño tamaño y dinámica inusual en aplicaciones como la espintrónica y los dispositivos de memoria. El descubrimiento de este nuevo tipo de skyrmion en un superfluido cuántico podría abrir vías para el desarrollo de memorias de nueva generación y avanzar en la comprensión de sistemas cuánticos complejos.
El equipo investigador de la Universidad Metropolitana de Osaka y el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea planea ahora perfeccionar sus mediciones para poner a prueba predicciones formuladas en el siglo XIX sobre la longitud de onda y la frecuencia de las ondas de interfaz KHI. “Con experimentos más precisos, podremos poner a prueba las predicciones del siglo XIX sobre la longitud de onda y la frecuencia de las ondas de interfaz impulsadas por KHI”, afirmó Takeuchi.
Además, se anticipa un impacto teórico de gran alcance. “Los SFE desafían las clasificaciones topológicas tradicionales”, indicó Takeuchi. “Sus singularidades inherentes plantean nuevas preguntas, y esperamos explorar si surgen estructuras similares en otros sistemas multicomponentes o de dimensiones superiores”.
Un hallazgo que une física, arte e inspiración
El hallazgo de la inestabilidad cuántica de Kelvin-Helmholtz y la identificación de esquirmiones fraccionales excéntricos no solo expanden el conocimiento sobre los superfluidos y la topología, sino que también ponen en escena una fusión entre la investigación científica y las creaciones más evocadoras del arte.
Tanto el lienzo de Van Gogh como los patrones cuánticos ahora revelados invitan a explorar hasta dónde puede llegar la conexión entre las leyes de la naturaleza y la expresión humana, en un diálogo constante entre la belleza y el misterio del universo.
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