A mediados de 2025, un equipo de físicos del MIT ha logrado algo que se esperaba desde 1938: observar de forma directa el llamado segundo sonido, una propagación ondulatoria del calor en materia cuántica. El hallazgo, publicado en la revista Science, no solo confirma predicciones teóricas de casi un siglo, sino que abre vías para explorar sistemas extremos del universo. La observación fue posible gracias a una técnica que permite “ver” temperaturas en gases donde los métodos habituales fallan por completo. Es un avance que conecta la física fundamental con tecnologías que podrían redefinir la energía del futuro.
El calor que viaja como una onda
En la vida cotidiana, el calor se difunde lentamente desde las zonas más calientes a las más frías. Sin embargo, en ciertos materiales cuánticos, como los superfluidos, el calor puede desplazarse como una onda, igual que el sonido. Este fenómeno se conoce como segundo sonido, y se distingue porque la temperatura oscila mientras el fluido permanece casi inmóvil. Es una metáfora tangible de la dualidad entre partículas y ondas en la materia ultrafría.
La idea fue propuesta por László Tisza en 1938 al estudiar la superfluidez, pero su visualización directa se había resistido en los gases ultrafríos. Hasta ahora, solo se detectaban efectos indirectos, como leves variaciones de densidad que acompañan a la onda térmica. La captura directa demuestra que el calor puede organizarse colectivamente y moverse en fase, revelando una dinámica térmica muy distinta a la difusión clásica.
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Una técnica para ver lo invisible
El mayor obstáculo era medir el calor en gases tan fríos que prácticamente no emiten infrarrojo, el canal habitual de la termografía. Para resolverlo, el equipo recurrió a átomos de litio-6, cuyo punto de resonancia depende muy sutilmente de la temperatura. Al aplicar señales de radio ajustadas a esa resonancia, excitaron selectivamente a los átomos más “calientes”, siguiéndolos con resolución espaciotemporal. Así, el “latido” de la temperatura quedó registrado como una onda nítida.
Con esta estrategia, los investigadores pudieron cartografiar cómo el calor entra y sale de la fase superfluida, capturando la transición por debajo de la temperatura crítica. “Ver” el segundo sonido en tiempo real permite separar la contribución del fluido normal y la del componente superfluido, la esencia del modelo de dos fluidos. En palabras de un miembro del equipo: “Por primera vez, podemos fotografiar el pulso térmico de un superfluido sin depender de señales indirectas”.
Ventajas clave de la nueva metodología:
- Resolución en tiempo real de la propagación del calor en medios cuánticos.
- Medición de temperaturas con una precisión sin precedentes.
- Funcionamiento en condiciones extremas donde fallan técnicas clásicas.
- Aplicabilidad a otros materiales cuánticos más allá del litio-6.
“Este resultado no es solo una instantánea; es una ventana dinámica a la termodinámica cuántica”, señalan los autores, subrayando el alcance de la herramienta experimental.
Del laboratorio a las estrellas
Las implicaciones alcanzan desde la astrofísica hasta la ingeniería de materiales de vanguardia. En el interior de las estrellas de neutrones, la materia es tan densa que se espera la presencia de superfluidos de neutrones y quizá de superconductividad de protones. Comprender cómo se transporta el calor en esos regímenes podría explicar fenómenos transitorios, como “glitches” en la rotación, y refinar modelos de enfriamiento estelar.
En la Tierra, la conexión con los supraconductores de alta temperatura es especialmente sugerente. Los gases de fermiones ultrafríos, como el litio-6, comparten rasgos con los electrones que se emparejan en superconductores no convencionales. Observar el segundo sonido en un gas bien controlado ofrece pistas sobre la relación entre entropía, excitaciones colectivas y transporte, ingredientes clave para elevar la temperatura crítica y reducir pérdidas energéticas.
Lo que viene
El siguiente paso será aplicar la técnica a otros superfluidos y explorar cómo interactúa el segundo sonido con vórtices, ondas de primer sonido y modos colectivos más complejos. Extender estos estudios a geometrías confinadas y a regímenes fuertemente correlacionados permitirá afinar teorías y validar simulaciones. A largo plazo, el objetivo es construir modelos predictivos que guíen el diseño de superconductores más robustos y dispositivos cuánticos térmicamente estables.
- Mapear el segundo sonido en diferentes materiales cuánticos.
- Estudiar el acoplamiento entre calor, densidad y fase.
- Conectar medidas de laboratorio con observables astronómicos.
- Traducir principios a arquitecturas tecnológicas escalables.
Este avance marca un salto para la ciencia básica y aplicada, demostrando que, incluso tras 90 años, la materia cuántica guarda fenómenos que pueden ser capturados con ingenio experimental. Al convertir el calor en una señal que se puede “oír” y ver, los investigadores han activado un nuevo canal para explorar la naturaleza y, quizá, para reinventar las tecnologías que mueven nuestra sociedad.
