Superfluidez dentro de un pequeño cúmulo de helio-4: el experimento microscópico de Andronikashvili

Área de la Ciencia:

• Los fluidos cuánticos son fluidos cuánticos.
• Espectroscopia molecular Espectroscopia molecular es la espectroscopia molecular.
• Física de bajas temperaturas Física de bajas temperaturas.

Sus antecedentes:

• La superfluidez es un fenómeno mecánico cuántico observado en ciertos fluidos a temperaturas muy bajas.
• El helio-4 y el helio-3 son isótopos del helio que se sabe que exhiben superfluidez bajo condiciones específicas.
• La espectroscopia molecular proporciona información sobre el comportamiento y las interacciones de las moléculas dentro de diferentes entornos.

Objetivo del estudio:

• Para investigar el comportamiento rotacional de las moléculas de sulfuro de oxígeno y carbono (OCS) dentro de las gotas de helio-4 superfluido y helio-3 no superfluido.
• Para determinar si el espectro de rotación de OCS puede servir como una sonda microscópica de superfluidez.
• Para identificar el número mínimo de átomos dopantes requeridos para inducir la superfluidez en las gotas de helio-3.

Principales métodos:

• Se empleó espectroscopia infrarroja para medir el espectro de moléculas individuales de OCS.
• Los experimentos se llevaron a cabo utilizando gotas grandes y puras de helio-4 y helio-3 (aproximadamente 10^4 átomos cada una).
• Los átomos de helio-4 se agregaron gradualmente a las gotas de helio-3 para observar cambios en el espectro OCS.

Principales resultados:

• Se observaron líneas de rotación nítidas y distintas de OCS en las gotas de helio-4, lo que indica una rotación molecular libre.
• Se observó un pico amplio y sin características para OCS en gotas de helio-3, lo que sugiere una rotación obstaculizada.
• La adición de aproximadamente 60 átomos de helio-4 a las gotas de helio-3 dio como resultado la reaparición de líneas de rotación nítidas.

Conclusiones:

• Las diferencias observadas en los espectros de rotación de OCS proporcionan evidencia microscópica de superfluidez en las gotas de helio.
• La rotación libre de las moléculas OCS es un indicador directo de las propiedades superfluidas del helio circundante.
• Un mínimo de 60 átomos de helio-4 parece necesario para inducir la superfluidez en las gotas de helio-3.