Vědci poprvé zachytili přímé obrazy tepelného chování jako zvuk – nepolapitelný jev zvaný „druhý zvuk“.
Tento jev, zobrazený v exotickém stavu superfluidního stavu studeného lithia-6 atomy, je fenomén pohybující se jako vlna a skákají jako zvuk kolem její nádoby.
Pochopení způsobu, jakým se druhý zvuk pohybuje, může vědcům pomoci předvídat, jak teplé teče uvnitř Ultradense Neutron Stars a High-Temperature supravodiče -Jeden z „svatých grálů“ fyziky, jehož vývoj by umožnil přenos energie bez úniku. Vědci zveřejnili svá zjištění v časopise Věda.
„Je to, jako byste měli nádrž na vodu a učinili jednu polovinu,“ spoluautor studie Richard FletcherAsistent profesora fyziky na Massachusetts Institute of Technology (MIT), řekl v prohlášení. „Pokud jste pak sledovali, voda sama by mohla vypadat naprosto klidně, ale najednou je druhá strana horká a druhá strana je horká a teplo jde tam a zpět, zatímco voda vypadá úplně v klidu.“
Typicky se tepelně šíří z lokalizovaného zdroje, pomalu se rozptyluje po celém materiálu, protože zvyšuje teplotu přes něj.
Exotické materiály zvané superfluidy však podle těchto pravidel nemusí hrát. Vytvořeno, když mraky fermionů (které zahrnují protony, neutrony a elektrony) jsou ochlazeny na teploty blížící se absolutní nule, atomy uvnitř superfluidů se spárují a cestují bez tření po celém materiálu.
Související: Fyzici dělají rekordní „kvantový vír“, aby studovali záhady černých děr
Výsledkem je, že teplo protéká materiálem odlišně: místo toho, aby se šířilo pohyby částic v tekutině, jak obvykle teče, tepelné únosy tam a zpět do superfluidů jako zvuková vlna. Tento druhý zvuk byl poprvé předpovídán fyzikem László Tisza v roce 1938, ale techniky mapování tepla až dosud se ukázaly, že ho nedokážou přímo dodržovat.
„Druhý zvuk je charakteristickým znakem nadbytek, ale v ultracold plynech jste to mohli vidět pouze v této slabé odrazu hustotních vln, které s ním jdou,“ studujte senior-autor seniorů Martin ZwierleinVe svém prohlášení uvedl profesor fyziky na MIT. „Charakter tepelné vlny nemohl být prokázán dříve.“
Abychom zachytili druhý zvuk, museli vědci vyřešit skličující problém při sledování toku tepla uvnitř ultracold plynů. Tyto plyny jsou tak studené, že nevydávají infračervené záření, na které se techniky spoléhají na typické mapování tepla nebo termografie.
Místo toho fyzici vyvinuli metodu pro sledování párů Fermion prostřednictvím jejich rezonančních frekvencí. Atomy lithia-6 rezonují při různých rádiových frekvencích, jak se jejich teploty mění, přičemž teplejší atomy vibrují při vyšších frekvencích.
Použitím rezonančních rádiových frekvencí odpovídajících atomům teplejších atomů vědci přiměli tyto atomy zazvonit v reakci, což jim umožnilo sledovat rám toku částic po rámu.
„Poprvé můžeme fotografovat tuto látku, když ji ochladíme kritickou teplotou superfludity, a přímo vidíme, jak přechází z normální tekutiny, kde se teplo vyrovnává, na superfluid, kde tepelné údery sem a tam,“ řekl Zwierlein.
Fyzici říkají, že jejich průkopnická technika jim umožní lépe studovat chování některých nejextrémnějších objektů vesmíru, jako jsou neutronové hvězdy, a měřit vodivost supravodičů s vysokou teplotou, aby se ještě zlepšily.
„Mezi naším oblákem plynu, který je milionkrát tenčí než vzduch, a chování elektronů ve vysokoteplotních supravodirech, a dokonce i neutrony v Ultradense neutronových hvězd, je silná spojení,“ řekl Zwierlein. „Nyní můžeme prozkoumat původně teplotní reakci našeho systému, která nás učí o věcech, které je velmi obtížné pochopit nebo dokonce dosáhnout.“
