La matematica spiega la dinamica del superfluido

Il Giornale Online
di Tammy Plotner

Vicino alla temperatura più bassa possibile, il mercurio (assieme all'elio liquido), forma uno stato detto superconduttività. A questo estremo gli elettroni fluiscono svincolati attraverso ciò che viene conosciuto come superfluido. Però il come e perchè del comportamento del superfluido non aveva una spiegazione. Fino ad ora..
Portato a pochi gradi vicino allo zero assoluto sulla scala Kelvin (-237°C o -460°F), l'elio-4 liquido entra in uno stato superfluido. Il suo turbinio, il suo curvarsi e la sua mancanza di corporeità ha sconcertato gli scienziati per quasi un secolo. Ora un gruppo guidato da un fisico dell'Università di Washington, usando il più potente supercomputer disponibile per la scienza aperta, ha prodotto un quadro teorico che spiega il comportamento in tempo reale di un superfluido. Chi sono i responsabili ?Particelle subatomiche dette fermioni.

I fermioni sono parte integrante dell'equazione naturale come elettroni, protoni e i neutroni.. così come i superfluidi sono parte delle stelle di neutroni. Ruotando tra 1 e 1000 volte al secondo, la superficie superfluida stelle di neutroni (o pulsar) agisce molto diversamente della sua controparte qua sulla Terra. Con l'aumento della velocità, forma una serie di piccoli vortici che si raggruppano in uno schema triangolare…che a sua volta forma un intreccio nella struttura del superfluido. “Quando raggiungi la velocità corretta, crei un vortice nel mezzo”, ha detto Bulgac. “E incrementando la velocità, incrementerai il numero di vortici. Però avviene sempre per passi.”
La scienza può ricrearlo? Sì. Dei modelli di laboratorio sfruttano una camera a vuoto e un raggio laser per creare un intenso capo elettrico col quale portare un piccolo campione, forse di 1 milioni di atomi, a temperature vicino allo zero. Quindi un “cucchiaio laser” viene usato per accelerare il superfluido e creare i vortici.

“Cercando di comprendere lo strano comportamento, gli scienziati hanno cercato di elaborare equazioni descrittive, come quelle utilizzabili per descrivere un'azione turbinante in una tazza di caffè”, ha spiegato Bulgac. “Però per descrivere l'azione in un superfluido di fermioni, servono equazioni quasi illimitate. Ognuna descrive cosa avviene se solo una variabile, come velocità, temperatura e densità, cambia. Dato che le variabili sono legate, se una cambia anche le altre lo faranno.”
Una delle maggiori sfide nel formulare le ipotesi matematiche, è la quantita di potenza di calcolo necessaria per lavorare con un numero di variabili mutevoli che arrivano a 1 trilione o più. Allora come lo hanno fatto? Il gruppo ha usato il computer JaguarPF presso l'Oak Ridge National Laboratory nel Tennessee, uno dei più grandi supercomputer al mondo, per l'equivalente di 70 milioni di ore, che necessiterebbero di quasi 8000 anni su un computer a singolo processore (il JaguarPF arriva a quasi 1/4 di milione di core). Provate a raffreddarlo!

“Questo vi dice la complessità di tali calcoli e quanto siano difficili”, ha detto Bulgac. Per rendere le cose più complesse, più rapidamente ruota il superfluido e più perde le sue proprietà, ma non alla velocità ipotizzata”. “Il lavoro indica che i ricercatori possono “fino ad un certo punto” studiare le proprietà di una stella di neutroni usando le simulazioni al computer”, ha detto Bulgac. “Questo apre anche nuove direzioni di ricerca nella fisica atomica fredda”.

Tradotto da Richard per Altrogiornale.org

Articolo scientifico: http://www.sciencemag.org/content/332/6035/1288.abstract
Fonte: http://www.universetoday.com/86451/mathematics-explain-dynamics-of-superfluid/ http://www.washington.edu/news/articles/physicists-hit-on-mathematical-description-of-superfluid-dynamics
Vedi: http://www.altrogiornale.org/news.php?extend.5462.10 http://link2universe.wordpress.com/2010/08/30/nuova-scoperta-potrebbe-sfidare-lattuale-teoria-sul-nucleo-atomico/

La matematica spiega la dinamica del superfluido ultima modifica: 2011-06-16T19:12:31+00:00 da Richard
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Richard

Noi siamo l’incarnazione locale di un Cosmo cresciuto fino all’autocoscienza. Abbiamo incominciato a comprendere la nostra origine: siamo materia stellare che medita sulle stelle. (Carl Sagan)