Teplo se poprvé zachytilo jako zvukové vlny v supratekutině

Vědci z MIT poprvé přímo zachytili známky „druhého zvuku“ v supratekutině. K tomuto bizarnímu jevu dochází, když se teplo pohybuje jako zvukové vlny neobvyklým stavem hmoty.

Při naší každodenní zkušenosti s teplem se energie rozptýlí do svého okolí. Teplejší objekt se ochladí na teplotu jiných materiálů v okolí a zároveň je zahřeje, dokud není dosaženo rovnováhy.

Ale v nekonvenčních materiálech může fyzika fungovat neintuitivními způsoby. Supertekutiny jsou vzácným stavem hmoty s nulovou viskozitou, což znamená, že látka může proudit bez jakéhokoli odporu nebo tření. Dlouho se předpovídalo, že teplo by mělo být schopno procházet supratekutým druhem zvukových vln – odtud název „druhý zvuk“ – ale až dosud to nebylo přímo pozorováno.

„Je to, jako byste měli nádrž s vodou a jednu polovinu přivedli téměř k varu,“ řekl docent Richard Fletcher, autor studie. „Kdybyste se potom dívali, voda samotná by mohla vypadat úplně klidně, ale najednou je druhá strana horká a pak je horká druhá strana a teplo jde tam a zpět, zatímco voda vypadá úplně klidně.“

MIT

MIT

K zobrazení tohoto jevu museli vědci vytvořit zcela nový způsob detekce tepla. Normálně by se používaly infračervené senzory, ale vytvoření supratekutiny zahrnuje ochlazení kvantového plynu téměř na absolutní nulu a infračervené záření se při tak nízkých teplotách nevyzařuje. Místo toho se tým obrátil na rádio.

Kvantový plyn, který výzkumníci použili, se skládal z fermionů lithia-6 a bylo zjištěno, že čím teplejší tyto fermiony byly, tím vyšší frekvence rezonovaly. Tým použil na plyn vyšší rádiovou frekvenci, což by způsobilo, že v reakci rezonují žhavější fermiony v něm. Sledováním toho, které z nich rezonovaly v různých časech, byli vědci schopni zobrazit „druhý zvuk“, jak tepelné vlny oscilovaly tam a zpět.

„Poprvé můžeme vyfotografovat tuto látku, když ji ochlazujeme přes kritickou teplotu supratekutosti, a přímo vidět, jak přechází z normální tekutiny, kde se teplo nudně vyrovnává, do supratekutiny, kde teplo šlehá sem a tam. “ řekl Martin Zwierlein, hlavní autor studie.

Tým říká, že pozorování tohoto podivného jevu by mohlo vědcům pomoci lépe porozumět tepelné vodivosti vzácnějších stavů hmoty, včetně supravodičů a neutronových hvězd, což by jim zase umožnilo navrhnout lepší systémy.

Výzkum byl publikován v časopise Věda.

Zdroj: MIT