UNA PRESA SE ROMPE EN UN FLUIDO CUÁNTICO

Un condensado de Bose–Einstein es un gas de átomos enfriado tan cerca del cero absoluto que se comporta como una única onda cuántica. Fluye sin rozamiento, como un fluido perfecto, con un ingrediente extra: la presión cuántica, que procede del inevitable temblor de los átomos y hace que las ondas de distintas longitudes viajen a distintas velocidades. Los físicos llaman a estas ondas dispersivas.

L. M. Farrell, D. H. J. O’Dell y sus colegas de la Universidad McMaster, en Canadá, con coautores en Heidelberg y Boston, estudiaron el suceso violento más sencillo que puede escenificarse en un fluido así: la rotura de una presa. Los átomos se mantienen en una línea larga y fina, una barrera separa una región más densa de otra menos densa, y la barrera se retira de repente. Sus simulaciones usan cifras realistas: 40 000 átomos de potasio-39, en los que el sonido viaja a unos 1,8 milímetros por segundo.

Macareos cuánticos

Con un pequeño escalón de densidad —en torno al 4 %—, dos trenes de ondulaciones parten del lugar de la presa, uno en cada dirección. Entre ellos se forma una meseta plana, con una densidad exactamente a medio camino entre la de ambos lados.

El equipo observó que estas ondulaciones se parecen a los macareos ondulantes que a veces remontan los ríos: un frente seguido de un tren de ondas. Adaptando un modelo sencillo de macareos fluviales desarrollado por el físico Michael Berry, obtuvieron fórmulas para la densidad y el flujo que coinciden casi exactamente con simulaciones numéricas completas del condensado.

Destacan dos rasgos:

las ondulaciones forman un cono en el espacio y el tiempo, pero vuelto del revés: todo lo de dentro está en calma, todas las ondas están fuera;
a tiempos largos, su forma se vuelve universal —la integral de una función de Airy— y su longitud de onda crece solo como (ℏ²t)^(1/3), más despacio que la difusión, y desaparece en el límite clásico. Su altura se mantiene constante.

Mapa espacio-temporal de la densidad de átomos tras la rotura de la presa, que forma un cono con interior en calma y ondulaciones fuera.

Densidad durante los primeros 20 milisegundos: los dos frentes de onda (líneas discontinuas interiores) abren un cono sin ondas dentro, mientras las ondulaciones avanzan rápidamente fuera de él. — Figura 2, Farrell et al. (2026), arXiv:2609.32232.

Un arcoíris doble hecho de sonido

Las funciones de Airy tienen un origen célebre: G. B. Airy las ideó para describir los arcoíris. No es casualidad. Siguiendo los «rayos» que hay detrás de las ondulaciones, los autores muestran que cada frente de onda es una cáustica de pliegue, un lugar donde se funden dos rayos, la misma estructura que concentra la luz del sol en un arcoíris a unos 42 grados.

Los dos frentes de onda, espalda con espalda, reproducen el patrón completo de rayos de un arcoíris doble. En el cielo, la región entre el arco primario y el secundario parece más oscura: se llama banda oscura de Alejandro, por Alejandro de Afrodisias, que la discutió hacia el año 200 d. C., según el artículo. En el condensado, la región correspondiente es la meseta, por la que no viaja ninguna onda sonora; los autores la llaman «banda silenciosa». Los tenues arcos donde a veces se repiten los colores de un arcoíris, llamados arcos supernumerarios, corresponden a las ondulaciones cuánticas. A diferencia del cielo, la banda silenciosa se ensancha con el tiempo, al doble de la velocidad del sonido.

Diagrama de rayos que se curvan alrededor de una banda silenciosa central junto a una foto de un arcoíris doble, con perfiles de ondulaciones debajo.

Arriba: los rayos de las ondas de la rotura de presa (izquierda) comparten la estructura de un arcoíris doble y su banda oscura (derecha). Abajo: las ondulaciones, para un escalón de densidad pequeño y otro grande. — Figura 9, Farrell et al. (2026), arXiv:2609.32232.

Un horizonte para el sonido

Con diferencias de densidad mayores, el flujo procedente del lado denso puede volverse más rápido que la velocidad local del sonido. Las ondas sonoras ya no pueden entonces remontar la corriente: el fluido forma un horizonte sónico, un análogo de laboratorio del borde de un agujero negro. En la aproximación que desprecia la presión cuántica, esto ocurre cuando la diferencia de densidad alcanza 8/9 de la densidad mayor. El horizonte no es fijo: su intensidad, el análogo de la gravedad superficial de un agujero negro, se debilita con el tiempo. En las simulaciones completas aparece tras un breve retraso de alrededor de medio milisegundo, un efecto cuántico, y luego se estabiliza cerca de donde estaba la presa. Justo en la diferencia de densidad crítica, se forma un horizonte extendido sobre toda una región. Los macareos fluviales, en cambio, se comportan más bien como la versión invertida en el tiempo, un «agujero blanco».

Hacer visibles las ondulaciones

Hasta donde saben los autores, estas ondas dispersivas aún no se han observado en condensados en expansión libre; las ondulaciones pequeñas son difíciles de distinguir del ruido. Proponen dos estrategias. Reforzar las interacciones de los átomos antes de la rotura y debilitarlas de golpe al abrir la presa, lo que amplifica las ondulaciones aguas arriba en las simulaciones. O prescindir de la presa: poner en movimiento todo el condensado dentro de una trampa en forma de caja, de modo que sus bordes lancen el mismo tipo de ondas. El artículo es una hoja de ruta teórica a la espera de que un laboratorio de átomos fríos la ponga a prueba.