La misteriosa “acción a distancia” entre contenedores de helio líquido

Durante varios años, se ha sabido que el helio superfluido almacenado en contenedores próximos entre sí actúa de forma colectiva, incluso cuando los canales que los conectan son demasiado estrechos y demasiado largos para permitir un flujo sustancial.

Un nuevo modelo teórico del fenómeno, desarrollado por un equipo internacional de científicos, indica que el fenómeno de la misteriosa comunicación “a distancia” entre contenedores de fluido podría estar también presente en algunos otros líquidos, bajo ciertas condiciones, y resultar más frecuente de lo que se creía.

El helio superfluido es un líquido cuyas propiedades son en gran medida el resultado de fenómenos cuánticos, así que inicialmente pareció que eran estos los responsables del resultado del experimento. Anna Maciolek, del Instituto de Química Física de la Academia Polaca de Ciencias (IPC PAS) en Varsovia, y Douglas Abraham de la Universidad de Oxford en el Reino Unido, han desarrollado una teoría que describe el fenómeno observado. La nueva teoría, confirmada por simulaciones informáticas llevadas a cabo por Oleg Vasilyev del Instituto Max Planck para los Sistemas Inteligentes en Alemania, demuestra que el efecto de la “acción a distancia” no precisa de la física cuántica.

El análisis del nuevo modelo teórico ha revelado que el fenómeno ocurre bajo ciertas condiciones. Para que sucediera, en el experimento inicial el helio líquido debía estar en un estado próximo a la aparición (o desaparición) de la superfluidez. Para otros fluidos, sin embargo, no se necesitaban temperaturas bajas. Agua y lutidina (un preparado modelo de agua con aceite), se mezclan solo en un cierto rango de temperaturas, y la “acción a distancia” aparece solo dentro de dicho rango. La condición más importante por tanto resulta ser la proximidad de la transición de fase, es decir, el estado en el que dos formas (fases) diferentes del líquido pueden coexistir. Las dimensiones de los contenedores y los canales de conexión son también importantes: el fenómeno deja de existir cuando las distancias son bastante más grandes que el tamaño de células humanas.

En condiciones normales, cuando se conectan grandes contenedores mediante canales muy estrechos, el líquido en cada uno de ellos actúa independientemente del de los contenedores adyacentes. En el micromundo, la física es diferente: si el líquido que llena los contenedores cumple con ciertas condiciones (la más importante de la cual es que el fluido coexista entre sus dos fases), incluso canales sorprendentemente pequeños pueden correlacionar el estado del líquido en contenedores adyacentes. (Foto: IPC PAS)

La física del micromundo, incluso la física clásica, está resultando ser, y no por primera vez, diferente de la física que todos conocemos de la vida cotidiana, tal como señala Maciolek.

Los resultados de esta investigación tienen un interés que va más allá de lo meramente académico. Pueden, por ejemplo, ser aplicables a los sistemas microfluídicos. Los sistemas de este tipo son construidos para llevar a cabo experimentos químicos o biológicos en gotas individuales. Los tamaños de los contenedores y los canales en los sistemas microfluídicos son tan pequeños que podría ocurrir en muchos de ellos la “acción a distancia” descrita aquí, y hacerlo como un efecto no buscado, alterando los resultados de los experimentos o, visto desde el lado positivo, como un factor introducido de forma intencionada para incrementar la funcionalidad del sistema.

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