Fizicienii captează „al doilea sunet” pentru prima dată – după aproape 100 de ani de căutare

Oamenii de știință au capturat imagini directe ale comportamentului de căldură ca un sunet – un fenomen evaziv numit „al doilea sunet” – pentru prima dată.

Imaginată într-o stare de superfluidă exotică a atomilor de litiu rece-6 printr-o nouă tehnică de mapare a căldurii, fenomenul arată căldura în mișcare ca un val, sărind ca un sunet în jurul recipientului său.

Înțelegerea modului în care a doua mișcare a sunetului ar putea ajuta oamenii de știință să prezică modul în care căldura curge în interiorul stelelor de neutroni ultradense și la temperaturi ridicate Superconductori -Unul dintre „Grailele sfinte” ale fizicii a căror dezvoltare ar permite transmiterea de energie aproape lipsită de pierderi. Cercetătorii și -au publicat concluziile în jurnal Ştiinţă.

„Este ca și cum ai avea un rezervor de apă și ai face o jumătate aproape fierbere”, coautor de studiu Richard Fletcherprofesor asistent de fizică la Massachusetts Institute of Technology (MIT), spus într -o declarație. „Dacă ați urmărit atunci, apa în sine ar putea părea total calmă, dar dintr -o dată cealaltă parte este fierbinte, iar cealaltă parte este fierbinte, iar căldura merge înainte și înapoi, în timp ce apa arată complet nemișcată.”

În mod obișnuit, căldura se răspândește dintr -o sursă localizată, disipându -se încet pe un material întreg pe măsură ce crește temperatura peste el.

Dar materialele exotice numite superfluide nu trebuie să se joace după aceste reguli. Creat atunci când nori de fermioni (care includ Protoni, neutroni și electroni) sunt răcite la temperaturi care se apropie de zero absolut, atomii din interiorul superfluidelor se împerechează și călătoresc fără fricțiune în întregul material.

Înrudite: Fizicienii fac record „vortex cuantic” pentru a studia misterele găurilor negre

Drept urmare, căldura curge diferit prin material: în loc să se răspândească prin mișcările particulelor din fluid, deoarece de obicei curge, căldura se strecoară înainte și înapoi în interiorul superfluidelor ca o undă sonoră. Acest al doilea sunet a fost prezis pentru prima dată de fizicianul László Tisza în 1938, dar tehnicile de mapare a căldurii nu s-au dovedit până acum incapabile să o observe direct.

„Al doilea sunet este semnul distinctiv al superfluidității, dar în gazele ultracolate până acum nu l-ai putea vedea decât în ​​această reflectare slabă a ondulărilor de densitate care merg împreună cu ea”, studiază seniorul Autor Martin Zwierleina spus un profesor de fizică la MIT în declarație. „Caracterul valului de căldură nu a putut fi dovedit înainte”.

Pentru a surprinde al doilea sunet, cercetătorii au fost nevoiți să rezolve o problemă descurajantă în urmărirea fluxului de căldură în gazele ultracolate. Aceste gaze sunt atât de reci încât nu emit radiații infraroșii, pe care se bazează tehnicile tipice de mapare a căldurii sau termografii.

În schimb, fizicienii au dezvoltat o metodă de urmărire a perechilor Fermion prin frecvențele lor rezonante. Atomii de litiu-6 rezonează la diferite frecvențe radio pe măsură ce temperaturile lor se schimbă, cu atomi mai calzi care vibrează la frecvențe mai mari.

Prin aplicarea frecvențelor radio rezonante corespunzătoare atomilor mai calzi, oamenii de știință au făcut ca acești atomi să sune ca răspuns, permițându -le să urmărească cadrul de curgere al particulelor după cadru.

„Pentru prima dată, putem face poze cu această substanță, deoarece o răcim prin temperatura critică a superfluidității și vedem direct cum trece de la a fi un fluid normal, unde căldura se echilibrează în mod plictisitor, la un superfluid unde căldura se strecoară înainte și înapoi”, a spus Zwierlein.

Fizicienii spun că tehnica lor de ultimă generație le va permite să studieze mai bine comportamentele unora dintre cele mai extreme obiecte ale universului, cum ar fi stelele de neutroni și să măsoare conductivitatea superconductorilor de temperatură ridicată pentru a face proiecte și mai bune.

„Există conexiuni puternice între puful nostru de gaz, care este de un milion de ori mai subțire decât aerul, și comportamentul electronilor în superconductorii de temperatură ridicată și chiar neutroni în stelele de neutroni ultradense”, a spus Zwierlein. „Acum putem sonda curat răspunsul la temperatură al sistemului nostru, care ne învață despre lucruri care sunt foarte greu de înțeles sau chiar de a ajunge.”

Ben Turner este un scriitor de personal din Marea Britanie la Live Science. El acoperă fizica și astronomia, printre alte subiecte precum tehnologia și schimbările climatice. A absolvit University College London cu o diplomă în fizica particulelor înainte de a se antrena ca jurnalist. Când nu scrie, lui Ben îi place să citească literatura, cântă la chitară și se jenează cu șah.