Se han realizado observaciones experimentales en los dos isótopos estables del Helio, el común 4He y el raro 3He.
La fase A es fuertemente anisótropa y, aunque posee propiedades hidrodinámicas muy interesantes, los experimentos de turbulencia se han realizado casi exclusivamente en la fase B.
[4] Aunque en los condensados atómicos no hay tantas pruebas experimentales de turbulencia como en el Helio, se han realizado experimentos con rubidio, sodio, cesio, litio y otros elementos.
Se trata de una propiedad vital para la turbulencia cuántica, ya que la viscosidad en los fluidos clásicos provoca la disipación de la energía cinética en calor, amortiguando el movimiento del fluido.
(o alternativamente un objeto se mueve más rápido que
) en helio II son inestables y por esta razón en la mayoría de las aplicaciones prácticas
En determinadas condiciones, es posible generar ciertos vórtices con una carga superior a 1.
2, se puede observar un agotamiento de la densidad cerca del eje, con
Esto nos lleva a la idea del vórtice de Rankine, como se muestra en la figura 2, que combina la rotación del cuerpo sólido para pequeños valores de
y constituye un modelo más realista de los vórtices clásicos ordinarios.
Por ejemplo, los anillos de vórtice se encogerán y las ondas Kelvin disminuirán su amplitud.
Superar esta velocidad permite que se forme un vórtice en el fluido.
Para los gases atómicos a temperaturas distintas de cero, una fracción de los átomos no forma parte del condensado, sino que forma una nube térmica enrarecida (gran recorrido medio libre) que coexiste con el condensado (que, en la primera aproximación, puede identificarse con el componente superfluido).
Dado que el helio es un líquido, y no un gas diluido como los condensados atómicos, existe una interacción mucho más fuerte entre los átomos, y el condensado es sólo una parte del componente superfluido.
), a un flujo superfluido completo en el límite de temperatura cero (
A grandes velocidades, el superfluido se vuelve turbulento y aparecen líneas de vórtice; a velocidades aún mayores, tanto el fluido normal como el superfluido se vuelven turbulentos.
La turbulencia de los fluidos clásicos es un fenómeno cotidiano, que puede observarse fácilmente en el flujo de un arroyo o un río, como hizo por primera vez Leonardo da Vinci en sus famosos bocetos.
Leonardo da Vinci observó por primera vez y anotó en sus cuadernos privados que los flujos turbulentos de los fluidos clásicos incluyen zonas de fluido circulante denominadas vórtices (o remolinos).
A menudo está equipado con una malla para crear un flujo turbulento de aire.
Un estado estacionario estadístico garantiza que las principales propiedades del flujo se estabilicen aunque fluctúen localmente.
Para temperaturas lo suficientemente bajas como para que los efectos de la mecánica cuántica gobiernen el fluido, la turbulencia cuántica es una maraña aparentemente caótica de líneas de vórtices con una topología muy anudada, que se mueven entre sí y se vuelven a conectar cuando chocan.
En un superfluido puro, no hay componente normal que transporte la entropía del sistema y, por tanto, el fluido fluye sin viscosidad, lo que provoca la ausencia de una escala de disipación
[11] Para temperaturas en el límite cero, las ondas Kelvin no amortiguadas hacen que aparezcan más torceduras en las formas de los vórtices.
Al carecer de disipación térmica, es intuitivo suponer que la turbulencia cuántica en el límite de baja temperatura no decae como lo haría a temperaturas más elevadas, sin embargo las pruebas experimentales demostraron que no era así: la turbulencia cuántica decae incluso a temperaturas muy bajas.
Las ondas Kelvin interactúan y crean ondas Kelvin más cortas, hasta que son lo suficientemente cortas como para que se produzca la emisión de sonido (fonones), lo que da lugar a la conversión de energía cinética en calor, disipándose así la energía.
Existen numerosos métodos para generar una maraña de vórtices (como se muestra en la figura 11) en el laboratorio.
[25][26] En la turbulencia clásica, se suele medir la velocidad, ya sea en una posición fija con respecto al tiempo (típico de los experimentos físicos) o al mismo tiempo en muchas posiciones (típico de las simulaciones numéricas).
Este procedimiento tiene la desventaja de que el condensado se destruye.
El resultado es una imagen bidimensional que permite el estudio de la turbulencia cuántica bidimensional, pero impone una limitación al estudio de la turbulencia cuántica tridimensional utilizando este método.
Se han observado vórtices cuánticos individuales en 3 dimensiones, moviéndose y reconectándose mediante una técnica que extrae pequeñas fracciones del condensado cada vez, lo que permite observar una secuencia temporal de la misma configuración de vórtices.