|
Подтвердили существование невероятного Второго звука
|
|
|
|
В мире обычных материалов тепло, как правило, распространяется от локализованного источника. Бросьте горящий уголь в кастрюлю с водой, и температура жидкости будет медленно повышаться, прежде чем ее тепло окончательно рассеется. Но мир полон редких, экзотических материалов, которые точно не соответствуют этим тепловым правилам.
|
|
|
|
Вместо того, чтобы распространяться, как можно было бы ожидать, эти сверхтекучие квантовые газы “разбрасывают” тепло из стороны в сторону — по сути, оно распространяется в виде волны. Ученые называют такое поведение материала “вторым звуком” (первым является обычный звук, передаваемый волной плотности). Хотя это явление наблюдалось и раньше, его никогда не удавалось запечатлеть. Но недавно ученые из Массачусетского технологического института (MIT) наконец-то смогли зафиксировать это движение чистого тепла, разработав новый метод термографии (он же тепловое картирование).
|
|
|
|
Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Science, а в пресс-релизе университета, посвященном этому достижению, доцент Массачусетского технологического института и соавтор Ричард Флетчер продолжил аналогию с кипящим котлом, чтобы описать странность, присущую “второму звуку” в этих экзотических сверхтекучих жидкостях.
|
|
|
|
“Это как если бы у вас был резервуар с водой, и одна половина из них почти закипела”, - сказал Флетчер. “Если бы вы тогда наблюдали, то сама вода могла бы казаться совершенно спокойной, но внезапно другая сторона становится горячей, а затем и другая сторона становится горячей, и тепло передается туда-сюда, в то время как вода выглядит совершенно неподвижной”.
|
|
|
|
|
|
|
Эти сверхтекучие среды образуются, когда облако атомов подвергается воздействию сверхнизких температур, приближающихся к абсолютному нулю (-459,67 °F). В этом редком состоянии атомы ведут себя по-другому, поскольку они создают жидкость, практически не подверженную трению. Считается, что именно в этом состоянии без трения тепло распространяется подобно волне.
|
|
|
|
“Второй звук является отличительной чертой сверхтекучести, но в ультрахолодных газах до сих пор его можно было увидеть только в виде слабого отражения сопровождающих его колебаний плотности”, - сказал ведущий автор Мартин Цвирляйн в заявлении для прессы. “Характер тепловой волны ранее не мог быть доказан”.
|
|
|
|
Чтобы, наконец, запечатлеть этот второй звук в действии, Цвайерлейну и его команде пришлось выйти за рамки обычного термобокса, поскольку при отслеживании тепла ультрахолодного объекта возникает большая проблема — он не излучает обычное инфракрасное излучение. Итак, ученые Массачусетского технологического института разработали способ использования радиочастот для отслеживания определенных субатомных частиц, известных как “фермионы лития-6”, которые могут улавливаться с помощью различных частот в зависимости от их температуры (т.е. более высокие температуры означают более высокие частоты, и наоборот). Этот новый метод позволил исследователям, по сути, сосредоточиться на “более горячих” частотах (которые все еще были очень холодными) и отследить результирующую вторую волну с течением времени.
|
|
|
|
Это может показаться большим вопросом: “И что?” В конце концов, когда вы в последний раз близко сталкивались со сверхтекучим квантовым газом? Но спросите специалиста по материаловедению или астронома, и вы получите совершенно другой ответ.
|
|
|
|
Хотя экзотические сверхтекучие среды, возможно, еще не заполнили нашу жизнь (пока), понимание свойств движения второй волны может помочь в решении вопросов, касающихся высокотемпературных сверхпроводников (опять же, все еще при очень низких температурах) или запутанной физики, лежащей в основе нейтронных звезд.
|
|
|
|
Источник
|
