Le turbolenze di aerei e sole come mai viste prima: ecco lo studio del Cnr di Lecce

Creato per la prima volta un moto turbolento in un fluido di luce: apre a un nuovo campo di ricerca che, sfruttando le potenzialità della fotonica, permette di studiare la turbolenza con una precisione mai raggiunta, descrivendo processi che vanno dall'aerodinamica di un velivolo al flusso del sangue nelle arterie, dallo studio del campo magnetico terrestre alle eruzioni della corona solare.

Il risultato è pubblicato sulla rivista Nature Photonics dal gruppo di fotonica avanzata dell'Istituto di nanotecnologia del Consiglio nazionale delle ricerche di Lecce (Cnr-Nanotec) in collaborazione con i gruppi teorici dell'Istituto di Fisica dell'Accademia delle scienze polacca e dell'University College di Londra.

«Sebbene il moto turbolento sia regolato da equazioni molto note in fisica, la difficoltà del problema risiede nella non linearità di queste equazioni rispetto alla velocità del fluido e nell'ampia gamma di scale spaziali coinvolte: questi due elementi rendono difficile simulare numericamente la dinamica turbolenta, anche usando i potentissimi computer oggi a disposizione», spiega Dario Ballarini del Cnr-Nanotec.

La novità dello studio

«Oggi, la novità del nostro studio consiste nell'aver indagato la turbolenza da un nuovo punto di vista, studiando il fenomeno in un nuovo sistema, i fluidi quantistici di luce.

Per creare un fluido quantistico di luce bisogna unire le proprietà di coerenza della luce con le forti interazioni tipiche della materia, e per fare ciò è necessario ibridizzare le particelle di luce (fotoni) con gli elettroni». In particolare, i ricercatori del Cnr sono riusciti a osservare il fenomeno della cascata inversa di energia, dove vortici di grandi dimensioni si formano a partire da vortici più piccoli e creano grandi strutture stabili nel tempo, invece che dividersi via via in vortici più piccoli fino a scale spaziali microscopiche dove l'energia viene dissipata in calore. Questa cascata inversa di energia descrive ad esempio il meccanismo alla base dell'accumulo di plastiche negli oceani o la stabilità delle strutture vorticose che si estendono per migliaia di chilometri nell'atmosfera terrestre e in pianeti come Giove e Saturno.