Un equipo internacional de científicos ha realizado un avance significativo en la física cuántica al observar, por primera vez, la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz (KHI) en fluidos cuánticos, fenómeno que hasta hoy solo había sido documentado en fluidos clásicos. Utilizando una ingeniosa referencia artística, los investigadores encontraron que los patrones de turbulencia y vórtices generados muestran una sorprendente similitud visual con elementos de “La noche estrellada”, la reconocida obra de Vincent van Gogh.


La investigación, publicada en la revista Nature Physics, se centró en el comportamiento de los fluidos cuando dos corrientes se deslizan a velocidades diferentes, un efecto comúnmente visto en la naturaleza, como en las olas del mar o en las nubes del cielo. Este fenómeno, conocido como inestabilidad de Kelvin-Helmholtz, no había sido observado en fluidos cuánticos como los condensados de Bose-Einstein y superfluidos, debido a la complejidad de crear estados cuánticos estables a temperaturas extremadamente bajas.


Para superar este desafío experimental, los científicos enfriaron átomos de litio a temperaturas apenas superiores al cero absoluto, permitiendo la formación de un condensado de Bose-Einstein de múltiples componentes. Configuraron dos corrientes superpuestas moviéndose a diferentes velocidades dentro del condensado, lo que provocó la aparición de ondulaciones en la interfaz de las corrientes, marcando las primeras etapas de la KHI en el régimen cuántico.


A diferencia del comportamiento clásico, la inestabilidad observada generó vórtices únicos denominados escirmiones fraccionales excéntricos (EFS), cuya morfología en forma de medialuna destaca por la presencia de singularidades en su estructura de espín, donde la configuración habitual se ve abruptamente interrumpida generando distorsiones prominentes. Los EFS difieren de los skyrmions simétricos y centrados habituales en materiales magnéticos ya que presentan una ruptura anómala de la simetría y contienen la mitad de la carga elemental, característica que los distingue de los skyrmions y merones convencionales.


La aparición de estos EFS, cuya forma remite a la luna brillante que se destaca en la esquina superior derecha de la pintura de Van Gogh, abre nuevas posibilidades para la investigación en espintrónica, un campo en el que el control del espín de las partículas promete revolucionar el almacenamiento y procesamiento de datos.


El descubrimiento también revela vacíos en el conocimiento teórico actual, ya que los EFS no se ajustan a las categorías topológicas previas, planteando potenciales líneas de investigación sobre la dinámica no lineal en sistemas cuánticos complejos y texturas no triviales. Los autores del estudio afirman que sus hallazgos demuestran la universalidad de la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz tanto en sistemas clásicos como en cuánticos y expanden la comprensión de la física detrás de este fenómeno.


Con miras a profundizar en estos resultados, los investigadores planean experimentos adicionales para verificar predicciones centenarias respecto a las longitudes de onda y frecuencias características de las ondas de Kelvin-Helmholtz y para investigar si vórtices análogos emergen en otros sistemas cuánticos de múltiples componentes o dimensiones superiores.