Fyzici zachytili zvuk pohybujúci sa dvoma rôznymi rýchlosťami v 3D kvantovom plyne

(MirageC/Moment/Getty Images)

Po predchádzajúcom štúdiu javov dve zvukové vlny v kvantových kvapalinách vedci teraz pozorovali zvuk pohybujúci sa dvoma rôznymi rýchlosťami v kvantovom plyne.

Ak by ste boli nejakým spôsobom ponorení do trojrozmerného plynu použitého na túto štúdiu, počuli by ste každý zvuk dvakrát: každý jednotlivý zvuk prenášaný dvoma rôznymi zvukovými vlnami pohybujúcimi sa dvoma rôznymi rýchlosťami.

Ide o dôležitý vývoj v oblasti supratekutosť – kvapaliny bez viskozity, ktoré môžu prúdiť bez straty energie.



Pozoruhodné je, že správanie pozorované v plyne z hľadiska hustôt a rýchlostí zodpovedalo parametrom stanoveným Landauov dvojkvapalný model , teória vyvinutá pre supratekuté hélium v ​​40. rokoch 20. storočia. Do značnej miery sa zdá, že pokiaľ ide o nastavenia kvantového plynu, platia rovnaké pravidlá.

„Tieto pozorovania demonštrujú všetky kľúčové vlastnosti teórie dvoch kvapalín pre vysoko stlačiteľný plyn,“ píšu vedci vo svojom publikovaný papier .

Povedali by sme, že to doma neskúšajte, ale pochybujeme, že by ste to dokázali: v tomto experimente vedci ochladili plyn s atómami draslíka na menej ako milióntinu stupňa nad absolútnu nulu, pričom atómy uväznili vo vákuu. komora.

Toto čiastočne vytvorilo to, čo je známe ako a Boseho-Einsteinov kondenzát , kde je tak málo energie, že atómy sa sotva pohybujú alebo interagujú. Interakcie sa potom umelo zvýšili, takže plyn sa stal hydrodynamickým - inými slovami, skôr ako tekutina.

Ale ako Boseho-Einsteinov kondenzát stále si zachovával vysokú stlačiteľnosť – rovnakú ako vzduch – stále to bol plyn. Namiesto dvoch kvapalín s mierne odlišnými vlastnosťami zostava vytvorila kondenzovaný a nekondenzovaný plyn v jednom, ktorý je schopný prenášať dve rýchlosti zvuku.

'Pozorovali sme prvý aj druhý zvuk v 3D ultrastudenom plyne Bose, ktorý dostatočne silno interaguje na to, aby bol hydrodynamický, ale stále je vysoko stlačiteľný,' píšu výskumníci .

'Zistili sme, že Landauova teória dvoch tekutín zachytáva všetky podstatné črty tohto systému, pričom prvý a druhý zvukový režim obsahuje prevažne oscilácie normálnej a supratekutej zložky.'

Kvapaliny a plyny sa stanú kvantovými, keď začnú vykazovať kvantové mechanické vlastnosti – začnú sa riadiť inými zákonmi v porovnaní s tými, ktoré riadia klasickú fyziku vesmíru.

V tomto prípade kvantová povaha plynu vysvetľuje dvojicu zvukov – jeden typická vlna stlačených častíc, druhý kolísanie tepla, ktoré pôsobí ako častice.

To všetko prispieva k našim znalostiam o kvantovej hydrodynamike, v podstate štúdiu kvapalín v tomto kvantovom stave.

V kvantovej sfére je ťažké dostať sa do hlavy a takéto poznatky budú užitočné pre budúci výskum a pozorovania.

Ako sa často stáva, toto pozoruhodné prvé – prvýkrát sa ukázalo, že sa zvuk pohybuje dvoma rôznymi rýchlosťami v kvantovom plyne – bude v nadchádzajúcich rokoch slúžiť ako odrazový mostík pre iné typy výskumu a experimentov.

„Experimentálny prístup k mikroskopickým aj hydrodynamickým vlastnostiam ponúka vynikajúcu príležitosť pre ďalšie štúdie Boseových tekutín. Najmä by bolo zaujímavé preskúmať nižšie teploty,“ píšu výskumníci .

Výskum bol publikovaný v r Fyzické prehľadové listy .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.