Los científicos recrean el sonido del corazón de una estrella de neutrones utilizando gas de átomos en una caja de luz

El sonido del interior de una estrella de neutrones ha sido recreado por científicos.

Investigadores del MIT escucharon ondas de sonido que se movían a través de un "fluido perfecto". Para los físicos, esto significa un fluido que fluye con la menor cantidad de fricción permitida por las leyes de la mecánica cuántica.

Tales fluidos son raros en la naturaleza, pero se cree que ocurren en el corazón de las estrellas de neutrones: densos cúmulos de material que son remanentes de una estrella que se convierte en supernova y explota.

Los científicos adoptaron un método inusual para recrear el líquido, ya que en su lugar utilizaron un gas. Los investigadores enviaron las ondas sonoras a través de un gas de átomos de litio-6, partículas elementales conocidas como fermiones, y aumentaron continuamente el tono del sonido mientras se reproducía.

Luego, los científicos midieron su "difusión de sonido", la rapidez con que el sonido se disipa en el gas, que se relaciona directamente con la viscosidad del material, utilizando una serie de láseres.

"Es bastante difícil escuchar una estrella de neutrones", dice Martin Zwierlein, profesor de física Thomas A. Franck en el MIT. "Pero ahora puedes imitarlo en un laboratorio usando átomos, agitar esa sopa atómica y escucharla, y saber cómo sonaría una estrella de neutrones".

Los láseres estaban configurados para formar una caja óptica alrededor del gas, por lo que cuando las partículas chocaban con el láser, rebotaban dentro de la caja; dentro del recipiente, los fermios rebotaban entre sí en cada encuentro, convirtiéndolos en un fluido.

Los fermiones se definen por su espín medio entero, que permite que las estructuras atómicas sean tan versátiles y, por lo tanto, se consideran los componentes básicos de la materia.

“Teníamos que hacer un fluido con densidad uniforme, y solo entonces podíamos hacer tapping en un lado, escuchar el otro lado y aprender de él”, recordó Zwierlein. "En realidad, fue bastante difícil llegar a este lugar donde podíamos usar el sonido de esta manera aparentemente natural".

Sorprendentemente, encontraron que la difusión era tan baja que resonaba a nivel cuántico, lo que significa que se comportaba como un fluido perfecto y podría ser la base para comprender otros flujos más complicados, como las estrellas de neutrones.

“La calidad de las resonancias me dice sobre la viscosidad del fluido o la difusividad del sonido”, explica Zwierlein. “Si un fluido tiene baja viscosidad, puede generar una onda de sonido muy fuerte y ser muy fuerte, si se golpea con la frecuencia correcta. Si es un fluido muy viscoso, entonces no tiene buenas resonancias ".

También podría usarse para modelar la viscosidad del plasma en el universo temprano, variando el brillo de las luces para cambiar las vibraciones de sonido a través del fluido.

Los sonidos son realmente audibles, dijo Zwierlein, pero solo "si pudieras acercar tu oído sin ser destrozado por la gravedad".

Se puede escuchar una grabación del sonido en la cuenta de SoundCloud del MIT o debajo.

Además de utilizar los hallazgos para predecir la fricción cuántica en materia extraña, los resultados también pueden ser útiles para comprender cómo ciertos materiales podrían recrear un flujo superconductor perfecto.

“Este trabajo se conecta directamente a la resistencia de los materiales”, dice Zwierlein. “Habiendo descubierto cuál es la resistencia más baja que podría tener un gas, nos dice lo que puede suceder con los electrones en los materiales y cómo se pueden hacer materiales donde los electrones fluyan de manera perfecta. Eso es emocionante."