Istraživači sa MIT‑a prvi put su direktno snimili talasno kretanje toplote — tzv. drugi zvuk — u superfluidnom kvantnom gasu koristeći novu radiofrekvencijsku termografsku metodu koja prati litijum‑6 fermione. Eksperiment, objavljen u Science, omogućio je vizualizaciju toplotnog talasa u ultrahladnom fluide i potvrdu teorijskih predikcija o superfluidnosti. Otkriće ima potencijalne implikacije za razumevanje superprovodnika i procesa u neutronskim zvezdama.
MIT Direktno Snimio „Drugi Zvuk“ — Toplota Se Kreće Kao Talas u Superfluidnom Kvantnom Gasu
Scientists Confirm the Existence of ’Second Sound’StudioM1 - Getty Images
Po prvi put, istraživači sa Massachusetts Institute of Technology (MIT) direktno su snimili kako se toplota u ultrahladnom superfluidnom kvantnom gasu širi talasno — pojavu poznatu kao „drugi zvuk“. Otkriće je objavljeno u časopisu Science i predstavlja značajan korak u razumevanju svojstava superfluidnosti i toplotnih režima u egzotičnim kvantnim materijalima.
Šta je „drugi zvuk“?
U uobičajenim materijalima toplota se širi difuzijom: lokalno zagrevanje dovodi do postupnog širenja toplote ka okolini. U superfluidima, međutim, toplota može da se kreće talasno, slično zvuku — ali umesto talasa gustine (prvi zvuk), radi se o talasu temperature i entropije, pa se to zove drugi zvuk. U praksi to znači da se toplota „preliva“ napred‑nazad, dok sama materija deluje mirno.
Simplified example of "sloshing" heat in a superfluid compared to a normal fluid.MIT
Kako su to snimili?
Problem je u tome što ultrahladni sistemi ne emituju infracrveno zračenje koje bismo obično koristili za termografiju. Tim na MIT‑u predvođen Martinom Zwierleinom razvio je novu metodu zasnovanu na radiofrekvencijskoj spektroskopiji da bi pratili litijum‑6 fermione. Frekvencijska rezonanca ovih atoma zavisi od lokalne energije (temperature), pa su naučnici mogli da izdvoje „toplije“ regione i prate njihovo talasno pomeranje kroz oblak atoma.
„Kao da imate rezervoar vode i jednu polovinu učinite skoro ključalom. Voda izgleda potpuno mirno, ali iznenada druga strana postane vrela, pa onda opet prva — toplota ide napred‑nazad dok sredina deluje mirno,“ rekao je Richard Fletcher, pomoćni profesor i koautor studije.
Zašto je otkriće važno?
Posmatranje drugog zvuka direktno u ultrahladnim gasovima potvrđuje dugo‑stojane teorijske predikcije o ponašanju superfluidnosti u kvantnim sistemima. Razumevanje ovakvog talasnog prenosa toplote može pomoći u proučavanju:
- mehanizama u visokotemperaturnim superprovodnicima (iako su i oni i dalje eksperimentalno vezani za niske temperature),
- unutrašnjih procesa u neutronskim zvezdama gde superfluidni i supravodljivi režimi igraju ulogu,
- osnovnih svojstava kvantnih fluida i potencijalnih tehnologija zasnovanih na njima.
Eksperiment je izveden pri temperaturama bliskim apsolutnoj nuli (≈ 0 K, −273.15 °C), gde atomi formiraju gotovo beztrenjni superfluid. Nova termografija zasnovana na radiofrekvencijama omogućila je prvu direktnu vizualizaciju toplotnog talasa u takvom sistemu.
Zaključak: Direktno snimanje drugog zvuka predstavlja važan eksperimentalni napredak u fizici ultrahladnih gasova i otvara put ka dubljem razumevanju kvantnih fluida i njihovih primena u drugim oblastima fizike.
Pomozite nam da budemo bolji.
