Superfluidez

La superfluidez es un estado de viscosidad cero o casi cero. Igual que la superconductividad, la superfluidez se inicia a una temperatura definidísima. En el isótopo de helio llamado helio 4 es de alrededor de 2 K, sólo 2 grados por debajo de la de su licuefacción. Por debajo de 2 K, el fluido se comporta como si tuviese dos componentes, un líquido normal y un componente superfluido, cuyas proporciones varían con la temperatura. El superfluido carece de viscosidad y tiene una conductividad térmica infinita.

Una demostración de las extraordinarias propiedades del superfluido helio 4 se produce al poner el líquido en un recipiente de barro sin vidriar. Debido a su bajísima viscosidad, el líquido pasa sencillamente a través de los poros del barro hasta que el recipiente queda vacío.

No existe hasta ahora una explicación completa del comportamiento de los superfluidos, aunque la teoría de la superconductividad en los metales nos ha dado alguna luz. Otras teorías se han basado en la observación de que, aunque los superfluidos son líquidos, son como tales demasiado débiles, teniendo mucho en común con los gases. Sus densidades, por ejemplo, son bajas (el helio 4 tiene sólo un séptimo de la del agua) y sus viscosidades, similares a las del aire a temperatura ambiente, incluso en el régimen básicamente correspondiente a los fluidos normales.

Observando esto, algunos científicos sugieren que el superfluido helio 4 puede compararse con un gas dotado de fuerzas interatómicas muy débiles. Ese gas se compone de átomos de helio 4 que, al tener un espín integral, se clasifican dentro del grupo de partículas llamadas bosones. Una propiedad de los conjuntos de bosones es que, por debajo de cierta temperatura, adquieren de pronto un estado de inmovilidad o de energía cinética cero. Unos
cálculos que ignoran las fuerzas interatómicas pronostican una temperatura de condensación de 3,2 K, similar a la temperatura de transición. Si se comprueba que es correcta, esta teoría da un buen paso hacia la explicación de las propiedades peculiares del superfluido helio 4.

Tres experimentos patentizan las notables propiedades de un superfluido. En A, un vaso vacío, puesto en un recipiente con helio líquido, se llena gradualmente al «trepar» el líquido por los lados. Si se pone el vaso por encima del líquido (B), el helio desciende de nuevo, escurriéndose hacia abajo. En C se pone un recipiente en forma de chimenea, con polvo, en un baño de helio líquido. La luz hace que el helio superfluido de la parte superior recupere la forma normal; más superfluido asciende por el tubo, dando lugar a un surtidor.