La investigación, llevada a cabo en la Universidad Rey Juan Carlos (URJC), ha demostrado la capacidad de un modelo de gotas andarinas para explicar fenómenos típicos del mundo atómico
Cuando una gota es extraída de un baño vibrante de aceite de silicona, ésta puede rebotar sobre su superficie sin hundirse en el fluido. Cada vez que la gota golpea el fluido subyacente produce ondas viajeras en su superficie, las cuales pueden afectar al movimiento de la gota en colisiones posteriores. Si, al colisionar con el fluido, éste tiene cierta inclinación, la gota puede ponerse a “caminar” horizontalmente dando lugar a una partícula con una onda guía acompañándola. A partir de este fenómeno es posible demostrar que estos sistemas experimentales reproducen muchos fenómenos cuánticos como la cuantización de órbitas o el efecto túnel.
El investigador Álvaro García López, profesor del área de Física Aplicada de la Universidad Rey Juan Carlos (URJC), en colaboración con el profesor Rahil Valani del Centro de Física Teórica Rudolf Peierls, en la Universidad de Oxford, ha iniciado una pionera línea de investigación relacionada con los análogos cuánticos hidrodinámicos. En este sentido, se ha extendido un modelo de gota andante incorporando un potencial de energía con dos pozos separados por una barrera. Usando herramientas de la dinámica no lineal, se ha demostrado la existencia de numerosas órbitas cuantizadas -las únicas posibles en las que las partículas cuánticas pueden moverse y que tienen como valor promedio la energía dada-, que se corresponden con oscilaciones sostenidas. “A lo largo de las órbitas cuantizadas el sistema absorbe en promedio la misma energía mecánica que emite”, asevera el profesor Rahil Valani. Es más, se ha observado que dichas órbitas pueden perder estabilidad y volverse caóticas, permitiendo que la partícula pase imprevisiblemente de un pozo a otro.
A diferencia de los sistemas conservativos de la mecánica newtoniana, estas gotitas saltimbanquis son estructuras disipativas con memoria, dado que las ondas que producen en el medio en colisiones pasadas viajan por el mismo y les afectan a tiempo presente. “Aquí la memoria involucra toda la historia pasada de la gota, si bien es el pasado más reciente el que más afecta. La dinámica de esta materia activa es muy compleja, a tal punto que hemos sido capaces, simplificando el perfil de las ondas que la gota lleva pegadas, de conectar las ecuaciones que describen su movimiento con el famoso sistema de Lorenz que dio pie a la teoría del caos”, destaca el profesor Álvaro García López. “Esto ha permitido utilizar dicha teoría para explicar fenomenología propia del mundo atómico como, por ejemplo, el efecto túnel, que hemos desenmascarado como un proceso de intermitencia caótica”.
Se espera que estos sistemas permitan explorar otros fenómenos típicos de la física cuántica como, por ejemplo, el entrelazamiento de partículas, entendido como un proceso de sincronización del caos, lo cual produce que dos cuerpos tiemblen al unísono impredeciblemente. Los resultados de este trabajo han sido publicados recientemente en la prestigiosa revista Chaos, Solitons & Fractals del grupo Elsevier.
Referencia bibliográfica: Rahil N. Valani, Álvaro G. López, Quantum-like behavior of an active particle in a double-well potential, Chaos, Solitons & Fractals, Volume 186, 2024, 115253, ISSN 0960-0779
https://doi.org/10.1016/j.chaos.2024.115253
