Superfluidez

Superfluidez, estado de la materia caracterizado por la total ausencia de viscosidad, es decir, de resistencia al flujo. El término superfluidez se aplica principalmente a los fenómenos observados en el helio líquido a temperaturas muy bajas, pero también se emplea en ocasiones para referirse al flujo sin rozamiento de los electrones en ciertos metales y aleaciones a temperaturas muy bajas. Ver Criogenia; Superconductividad.

El fenómeno de la superfluidez fue descubierto en 1937 por el físico ruso Piotr Kapitsa, y en 1938, de forma independiente, por el físico británico John Frank Allen y sus colaboradores. Los investigadores observaron que el helio (⁴He) líquido, cuando se enfriaba por debajo de 2,17 K (-270,98 °C), podía fluir sin dificultades a través de orificios extremadamente pequeños, algo que no puede hacer por encima de dicha temperatura. También comprobaron que el helio superfluido formaba en las paredes del recipiente una película delgada (con un espesor aproximado de 100 átomos) que fluía en contra de la gravedad hasta el borde del recipiente y se desbordaba. La temperatura de 2,17 K se denomina punto lambda (λ) porque la gráfica del calor específico del helio líquido presenta a dicha temperatura un máximo en forma de lambda.

A la presión atmosférica, el helio se licúa a una temperatura de 4,2 K. Entre esta temperatura y el punto lambda, el helio se comporta como un líquido normal, y se denomina helio I. El helio II es el estado líquido del helio por debajo del punto lambda. Además de la superfluidez, el helio II presenta otros fenómenos poco frecuentes. Su conductividad térmica es elevada, unos tres millones de veces superior a la del helio I. El helio superfluido (helio II) fluye de manera espontánea desde una región fría a otra de mayor temperatura; el helio I, en cambio, fluye en sentido opuesto. Además, cuando se induce el flujo de helio superfluido, aparecen espontáneamente diferencias de temperatura en el líquido.

Se cree que el helio II está constituido por una mezcla de átomos superfluidos y átomos normales. La proporción de átomos superfluidos aumenta cuando la temperatura se aproxima al cero absoluto. Los átomos superfluidos se encuentran en su estado de energía más bajo (el estado fundamental), por lo que no transportan energía térmica. La ausencia de rozamiento puede explicarse por el hecho de que estos átomos no interaccionan con otros átomos intercambiando momento, ya que se necesita una determinada energía para que estos átomos superfluidos dejen su estado fundamental. La ausencia de energía térmica en los átomos superfluidos también explica las extrañas propiedades térmicas del helio II. Su elevada conductividad térmica es el resultado del flujo de los átomos de helio normales, que llevan energía térmica a la zona de temperatura más baja, y del flujo sin rozamiento de los átomos superfluidos a la zona más caliente, donde se convierten en átomos normales.

En 1972 los estadounidenses David M. Lee, Robert C. Richardson y Douglas D. Osheroff descubrieron que el isótopo estable helio 3 también presentaba características de superfluidez a temperaturas inferiores a 0,00093 K; por este descubrimiento recibieron el Premio Nobel de Física en 1996.