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A mediados de 2025, un equipo de físicos del MIT ha logrado observar directamente el llamado segundo sonido, una propagación ondulatoria del calor en la materia cuántica, un fenómeno predicho desde 1938. El hallazgo, publicado en la revista Science, confirma predicciones teóricas de casi un siglo y abre nuevas vías para la exploración de sistemas extremos del universo. La observación fue posible gracias a una técnica innovadora que permite “ver” temperaturas en gases donde los métodos convencionales resultan ineficaces. Este avance conecta la física fundamental con tecnologías que podrían revolucionar el futuro de la energía.

El calor que viaja como una onda

En la vida cotidiana, el calor se difunde lentamente de las zonas más calientes a las más frías. No obstante, en ciertos materiales cuánticos, como los superfluidos, el calor puede desplazarse como una onda, de manera similar al sonido. Este fenómeno, conocido como segundo sonido, se caracteriza por la oscilación de la temperatura mientras el fluido permanece prácticamente inmóvil. Es una representación tangible de la dualidad onda-partícula en la materia ultrafría.

La idea fue propuesta por László Tisza en 1938 durante sus estudios sobre la superfluidez, pero su visualización directa se había resistido en los gases ultrafríos. Hasta ahora, solo se detectaban efectos indirectos, como ligeras variaciones de densidad asociadas a la onda térmica. La captura directa demuestra que el calor puede organizarse colectivamente y moverse en fase, revelando una dinámica térmica distinta a la difusión clásica.

Crédito de la imagen: Maximillian-cabinet, iStock

Una técnica para ver lo invisible

El principal obstáculo para medir el calor en gases extremadamente fríos residía en su escasa emisión de infrarrojo, el canal habitual de la termografía. Para superar este desafío, el equipo recurrió a átomos de litio-6, cuyo punto de resonancia es sensible a la temperatura. Al aplicar señales de radio ajustadas a esa resonancia, excitaron selectivamente los átomos más “calientes”, rastreándolos con resolución espaciotemporal. De esta forma, el “latido” de la temperatura se registró como una onda nítida.

Con esta estrategia, los investigadores pudieron cartografiar la entrada y salida de calor en la fase superfluida, capturando la transición por debajo de la temperatura crítica. “Ver” el segundo sonido en tiempo real permite diferenciar la contribución del fluido normal y la del componente superfluido, la esencia del modelo de dos fluidos. Según 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 las 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, destacando el alcance de esta herramienta experimental.

Del laboratorio a las estrellas

Las implicaciones de este descubrimiento se extienden 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, posiblemente, de superconductividad de protones. Comprender cómo se transporta el calor en estos entornos podría explicar fenómenos transitorios, como las variaciones repentinas en la rotación (“glitches”), y mejorar los modelos de enfriamiento estelar.

En la Tierra, la conexión con los supraconductores de alta temperatura es particularmente interesante. Los gases de fermiones ultrafríos, como el litio-6, comparten características con los electrones que se emparejan en superconductores no convencionales. Observar el segundo sonido en un gas controlado proporciona información sobre la relación entre entropía, excitaciones colectivas y transporte, elementos clave para aumentar la temperatura crítica y reducir las pérdidas energéticas.

Lo que viene

El siguiente paso será aplicar la técnica a otros superfluidos y explorar la interacción del segundo sonido con vórtices, ondas de primer sonido y modos colectivos más complejos. Ampliar estos estudios a geometrías confinadas y a regímenes fuertemente correlacionados permitirá refinar las teorías y validar las simulaciones. A largo plazo, el objetivo es desarrollar 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 las mediciones de laboratorio con observaciones astronómicas.
• Traducir los principios a arquitecturas tecnológicas escalables.

Este avance representa un salto cualitativo para la ciencia básica y aplicada, demostrando que, incluso después de 90 años, la materia cuántica aún encierra fenómenos que pueden ser capturados con ingenio experimental. Al transformar el calor en una señal audible y visible, los investigadores han abierto un nuevo canal para explorar la naturaleza y, quizás, para reinventar las tecnologías que impulsan nuestra sociedad.