Fluidos cuánticos con los que silbar la canción de Kill Bill (los sonidos de la ciencia)

 

¿Podemos escuchar a un fluido cuántico? ¿Puede “cantar” la famosa melodía de Kill Bill (que requiere notas del orden de los kilohercios? En el artículo “Oscillatory motion: Quantum whistling in superfluid helium-4“, Hoskinson, Packard, Haard, 2005, Nature 433 (7024), pp. 376, los autores inducen un movimiento oscilatorio forzando el paso de helio-4 superfluido a través de un serie de agujeros de tamaño nanométrico. Los oscilaciones siguen una relación lineal descubierta por Josephson. Estas oscilaciones se pueden escuchar mediante un silbido (son del orden de los kHz) que pasa de frecuencias altas a frecuencias bajas.

Escucha el sonido (wav)

Escucha otra variante del sonido (wav)

Las oscilaciones que escuchamos son un fenómeno coherente cuánticamente que requiere la presencia de todas las aperturas generando una onda en forma de diente de sierra. Además, es sorprendente que las oscilaciones ocurran en Helio 4 a una temperatura 2000 veces mayor que las previamente observadas en Helio 3, aunque quizás pequeña para la mayoría de nosotros (2º Kelvin sobre el cero absoluto). 

Este fenómeno del Helio 4 ha permitido el desarrollo de giróscopos de alta precisión para la medición del campo gravitatorio terrestre. 

Animación ilustrando el fenómeno (avi).

Más información en la siguiente página web del grupo de investigación. ¿Podrán controlar estos investigadores la frecuencia de Josephson de tal forma que generen un instrumento musical cuántico que permita tocar la melodía de Kill Bill? Quién sabe… tiempo al tiempo.

Las glorias de los santos tienen una explicación sencilla, vivían en la montaña

El artículo “The mathematical physics of rainbows and glories“, Physics Reports, Volume 356, Issues 4-5, January 2002, Pages 229-365, escrito por John A. Adam, explica de forma magistral el fenómeno atmosférico de las glorias.

Los montañeros y los escaladores suelen relatar que en alguna ocasión cuando se encontraban dando la espalda al sol durante el atardecer y echaban una mirada a su sombra, a veces pueden ver un conjunto de anillos circulares de colores (arcos) rodeando la sombra de sus propias cabezas. Aunque uno puede ver la sombra de un compañero, sólo puede ver los anillos en su propia sombra y no en la de él. Este fenómeno se denomina gloria, también llamado anticorona o incluso espectro de Brocken (la montaña más alta de la sierra de Harz, en la Baja Sajonia, Alemania). Hoy en día, con los aviones, la manera más fácil de ver una gloria es alrededor de la sombra del propio avión.

El fenómeno de las glorias, en términos sencillos, es esencialmente el resultado de la dispersión hacia atrás (backscattering) de la luz solar por una nube de gotas de agua (algo parecido al arco iris). Sin embargo, el fenómeno requiere que la luz siga una ruta dentro de la gota en dirección hacia el observador que no se puede predecir utilizando las ideas de la óptica geométrica estándar (seguir rayos rectos de luz), con lo que se diferencia con ello de la explicación del arco iris. El artículo “The mathematical physics of rainbows and glories“, es muy técnico, sobre la dispersión (scattering) de Mie y de Debye, pero su lectura no defrauda, aunque requiere tiempo y tesón.

Para los menos atrevidos, que prefieran artículos muchos más “digeribles”, les recomiendo el artículo “Backscattering of light from a water droplet: The glory effect“, American Journal of Physics, vol. 50, 1982, de Gillis et al., que  es mucho más sencillo de leer. También merece la pena “Rainbows, Halos, and Glories“, American Journal of Physics, vol. 52, 1984, Greenler & Stork.

Los que se contenten con mirar y disfrutar, lo harán a gusto en la página web http://www.atoptics.co.uk/ que presenta un gran número de fotografías “bonitas” de fenómenos óptico-meteorológicos incluyendo las glorias (muy bonitas sin lugar a dudas las fotos de los “espectros” que parecen fantasmas http://www.atoptics.co.uk/droplets/gloim1.htm).

A los aficionados a programar (o el que tenga “veta” de informático) le puede interesar el artículo “Simulation of rainbows, coronas and glories using Mie theory and the Debye series“, Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, vol. 89, 2004, de Philip Laven, que presenta la física y la matemática de este fenómeno de una manera suficientemente sencilla como para programarlo.

A los no aficionados a programar, quizás les guste más un programa que calcula el efecto y permite que con Photoshop podamos incorporarlo a nuestras propias fotografías. El que más me gusta es MiePlot, pero hay muchísimos más (a mucha gente le gusta programar “un arco iris”).