Quelle particelle turbolente

Il fenomeno della turbolenza evidenziato attorno al vortice creato da un’ala di aeroplano. Crediti: NASA-LaRC

Sarà capitato a tutti di osservare il moto vorticoso dell’acqua prodotto dal passaggio di una barca a motore. Schizzi sollevati in modo del tutto casuale, che però disegnano una scia ben precisa sulla superficie del mare: si tratta di un esempio rudimentale di ciò che in fisica viene chiamato regime turbolento.

Uno dei primi a studiare questo moto fu Leonardo da Vinci, a partire dalle increspature formate da un sasso lanciato in uno stagno. Oggi il fenomeno della turbolenza è alla base dell’ingegneria di gran parte dei moderni motori, da quelli delle navi a quelli degli aerei; senza contare le moltissime applicazioni al di fuori della nostra osservazione, come la generazione dei campi magnetici galattici.

Ma passando dal mondo visibile a quello del quasi invisibile, la turbolenza acquista importanza ancora maggiore: addirittura potrebbe essere la chiave per scoprire alcuni misteri della fisica delle particelle.

È la teoria diffusa da un articolo appena pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), che a partire da un’analisi delle forze esistenti arriva a isolare una delle declinazioni più affascinanti e meno conosciute del fenomeno della turbolenza: la turbolenza quantistica.

Si definisce così il movimento caotico di un fluido a temperature vicine allo zero, il che lo rende molto particolare. Innanzitutto, un fluido attraversato da turbolenza quantistica è libero di muoversi liberamente, perché non ha la viscosità tipica dei fluidi in condizioni normali; in secondo luogo, la sua rotazione è limitata a linee vorticose, ed è quindi molto diversa dal moto disordinato dei fluidi “normali”, le cui correnti variano in forma e intensità.

Secondo gli autori dell’articolo pubblicato su PNAS, a questo fenomeno potrebbe spettare il ruolo di “unificatore fisico”: la turbolenza quantistica sarebbe cioè in grado di mettere d’accordo aspetti della meccanica dei fluidi, della fisica atomica, della materia condensata e della fisica delle basse temperature.

Questa ipotesi nasce da un’analisi dello stato dell’arte rispetto al fenomeno della turbolenza, a partire dalla sua declinazione classica. I ricercatori evidenziano le analogie tra i diversi approcci, identificando nella teoria della turbolenza quantistica una possibile soluzione comune.

Servirà ora trovare evidenze sperimentali a sostegno di questa idea, per raccogliere quella che in base alle parole degli stessi autori è una “continua sfida offerta dal fenomeno della turbolenza a fisici, matematici e ingegneri”.

Per saperne di più:

• Leggi l’articolo “Introduction to quantum turbulence” di Carlo F. Barenghia, Ladislav Skrbekb e Katepalli R. Sreenivasanc su Proceedings of the National Academy of Sciences.

Fonte: Media INAF | Scritto da Giulia Bonelli