Investigadores de la Universidad Metropolitana de Osaka y del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea han logrado observar por primera vez una inestabilidad cuántica que hasta ahora solo se había descrito en la teoría. El hallazgo , publicado en Nature Physics , ha sido comparado visualmente con La noche estrellada de Vincent van Gogh por la compleja disposición de sus patrones, y abre la puerta a fenómenos poco conocidos en la física de fluidos cuánticos. La inestabilidad Kelvin–Helmholtz (KHI) es un fenómeno clásico que se produce cuando dos fluidos se deslizan uno sobre otro a distintas velocidades, formando ondas y remolinos, como en las nubes onduladas o en las olas que aparecen cuando el viento sopla contra el oleaje. La novedad es que ahora se ha documentado por primera vez en un sistema cuántico real, bajo condiciones extremas.

Un superfluido de litio a temperaturas extremas

Para recrearlo, el equipo japonés enfrió gases de litio hasta temperaturas cercanas al cero absoluto, creando un condensado de Bose–Einstein multicomponente , un estado de la materia en el que las partículas actúan como una sola entidad cuántica . En este superfluido generaron dos corrientes que fluían a velocidades distintas, lo que provocó la aparición inicial de un patrón ondulado similar al que se observa en la turbulencia clásica . Sin embargo, pronto surgieron vórtices regidos por las leyes de la mecánica cuántica y la topología, con formas curvas que evocaban un cielo en movimiento. Vistos desde arriba, estos patrones recuerdan a una obra de Van Gogh, especialmente a la gran luna creciente de su lienzo más famoso.

Skyrmions fraccionarios excéntricos

Los investigadores identificaron estos remolinos como skyrmions fraccionarios excéntricos (EFS), un tipo inédito de defecto topológico . A diferencia de los skyrmions convencionales, que son simétricos y centrados, los EFS presentan una forma asimétrica, similar a una media luna, y contienen singularidades embebidas: puntos donde la estructura del espín se rompe y provoca distorsiones agudas. “Para mí, la gran luna creciente en la esquina superior derecha de La noche estrellada se ve exactamente como un EFS ”, señaló Hiromitsu Takeuchi , profesor asociado en la Universidad Metropolitana de Osaka y uno de los autores principales de la investigación. Estas configuraciones amplían el catálogo de texturas cuánticas conocidas y obligan a revisar las clasificaciones topológicas tradicionales.

El interés por los skyrmions no es solo teórico. Estas estructuras han atraído la atención en áreas como la espintrónica y las memorias magnéticas de alta densidad , debido a su estabilidad, reducido tamaño y propiedades dinámicas singulares. El descubrimiento de una nueva variante en un superfluido cuántico sugiere que podrían desarrollarse dispositivos basados en principios distintos a los de la electrónica tradicional, además de abrir vías para el almacenamiento de información cuántica y el diseño de sistemas con propiedades controladas.

Evolución de los skyrmiones en forma de media luna generados por inestabilidad cuántica

Un experimento de alta precisión

El control experimental ha sido clave para lograr este resultado. Trabajar con un condensado de Bose–Einstein requiere mantener un sistema extremadamente frío y estable, capaz de preservar la coherencia cuántica el tiempo suficiente para que se formen y evolucionen las estructuras. En este caso, los skyrmions fraccionarios excéntricos se mantuvieron estables durante al menos dos segundos, una duración significativa a esta escala . Este margen permitió a los investigadores documentar con gran detalle su formación y evolución, confirmando la relación directa entre la inestabilidad inicial y la aparición de estas configuraciones complejas.

Más allá del laboratorio, el hallazgo plantea cuestiones fundamentales sobre la topología en sistemas cuánticos . Las singularidades embebidas que presentan los EFS no encajan en las categorías existentes, lo que amplía el espacio de soluciones posibles en sistemas multicomponentes y sugiere que fenómenos similares podrían aparecer en entornos de mayor dimensionalidad. Los autores ven aquí un campo fértil para explorar nuevas estructuras y defectos en física cuántica , con implicaciones tanto en ciencia básica como en aplicaciones futuras.

Próximos pasos

Los próximos pasos se centran en afinar las mediciones para comprobar predicciones formuladas en el siglo XIX sobre la longitud de onda y la frecuencia de las ondas de interfaz impulsadas por la KHI . Con experimentos más precisos, esperan caracterizar con mayor exactitud las propiedades de estos vórtices y su dinámica, y verificar hasta qué punto los modelos clásicos pueden trasladarse al mundo cuántico. La posibilidad de reproducir y controlar el fenómeno abre un escenario inédito para estudiar turbulencias cuánticas y texturas topológicas en condiciones muy controladas.

Las imágenes obtenidas han captado la atención por su valor visual, con un atractivo que trasciende lo científico. No es la primera vez que un fenómeno cuántico adquiere una dimensión artística en su representación , pero en este caso la riqueza de detalles y la conexión con un fenómeno atmosférico familiar lo hacen especialmente evocador. La comparación con Van Gogh no es un simple recurso estético : para Takeuchi, ofrece una forma intuitiva de explicar un fenómeno extremadamente técnico, y tiende un puente entre la física más avanzada y un imaginario artístico universal.