Fisikawan menangkap 'suara kedua' untuk pertama kalinya – setelah hampir 100 tahun mencari
Para ilmuwan telah menangkap gambar langsung dari panas berperilaku seperti suara – sebuah fenomena yang sulit dipahami yang disebut 'Second Sound' – untuk pertama kalinya.
Dicit di dalam keadaan superfluida eksotis atom lithium-6 dingin dengan teknik pemetaan panas baru, fenomena ini menunjukkan panas bergerak sebagai gelombang, memantul seperti suara di sekitar wadahnya.
Memahami cara gerakan suara kedua dapat membantu para ilmuwan memprediksi bagaimana panas mengalir di dalam bintang neutron ultradense dan suhu tinggi superkonduktor -Salah satu “cawan suci” fisika yang perkembangannya akan memungkinkan penularan energi yang hampir tanpa kehilangan. Para peneliti menerbitkan temuan mereka di jurnal Sains.
“Seolah-olah Anda memiliki tangki air dan membuat setengah mendidih,” rekan penulis belajar Richard FletcherAsisten Profesor Fisika di Massachusetts Institute of Technology (MIT), kata dalam sebuah pernyataan. “Jika Anda kemudian menyaksikan, air itu sendiri mungkin terlihat benar -benar tenang, tetapi tiba -tiba sisi lainnya panas, dan kemudian sisi lainnya panas, dan panasnya bolak -balik, sementara airnya terlihat benar -benar diam.”
Biasanya panas menyebar dari sumber yang terlokalisasi, perlahan -lahan menghilang di seluruh bahan saat menaikkan suhu melintasi itu.
Tetapi bahan eksotis yang disebut superfluida tidak perlu dimainkan oleh aturan ini. Dibuat saat awan fermions (yang termasuk proton, neutron dan elektron) didinginkan hingga suhu mendekati nol absolut, atom -atom di dalam superfluida berpasangan dan perjalanan tanpa gesekan di seluruh materi.
Terkait: Fisikawan membuat rekor memecahkan 'kuantum vortex' untuk mempelajari misteri lubang hitam
Akibatnya, panas mengalir secara berbeda melalui material: alih -alih menyebar melalui pergerakan partikel di dalam cairan, karena biasanya mengalir, panas meluncur bolak -balik dalam superfluida seperti gelombang suara. Suara kedua ini pertama kali diprediksi oleh fisikawan László Tisza pada tahun 1938, tetapi teknik pemetaan panas, sampai sekarang, terbukti tidak dapat mengamatinya secara langsung.
“Suara kedua adalah ciri khas superfluiditas, tetapi dalam gas ultracold sejauh ini Anda hanya bisa melihatnya dalam refleksi samar-samar dari riak kepadatan yang menyertainya,” kata penulis senior penulisan Martin Zwierleinseorang profesor fisika di MIT, mengatakan dalam pernyataan itu. “Karakter gelombang panas tidak dapat dibuktikan sebelumnya.”
Untuk menangkap suara kedua, para peneliti harus memecahkan masalah yang menakutkan dalam melacak aliran panas di dalam gas ultracold. Gas-gas ini sangat dingin sehingga tidak mengeluarkan radiasi inframerah, di mana pemetaan panas khas, atau termografi, teknik mengandalkan.
Sebaliknya, fisikawan mengembangkan metode untuk melacak pasangan fermion melalui frekuensi resonansi mereka. Atom lithium-6 beresonansi pada frekuensi radio yang berbeda saat suhu mereka berubah, dengan atom yang lebih hangat bergetar pada frekuensi yang lebih tinggi.
Dengan menerapkan frekuensi radio resonansi yang sesuai dengan atom yang lebih hangat, para ilmuwan membuat atom -atom ini berdering sebagai respons, memungkinkan mereka untuk melacak bingkai aliran partikel demi bingkai.
“Untuk pertama kalinya, kita dapat mengambil gambar zat ini saat kita mendinginkannya melalui suhu kritis superfluiditas, dan secara langsung melihat bagaimana transisi dari menjadi cairan normal, di mana panas yang menyeimbangkan dengan kokoh, ke superfluida di mana panas meluncur bolak -balik,” kata Zwierlein.
Para fisikawan mengatakan bahwa teknik inovatif mereka akan memungkinkan mereka untuk mempelajari lebih baik perilaku beberapa objek paling ekstrem di alam semesta, seperti bintang neutron, dan mengukur konduktivitas superkonduktor suhu tinggi untuk membuat desain yang lebih baik.
“Ada hubungan yang kuat antara kepulan gas kami, yang sejuta kali lebih tipis dari udara, dan perilaku elektron dalam superkonduktor suhu tinggi, dan bahkan neutron pada bintang neutron ultradense,” kata Zwierlein. “Sekarang kita dapat menyelidiki respons suhu sistem kita dengan seksama, yang mengajarkan kita tentang hal -hal yang sangat sulit untuk dipahami atau bahkan dicapai.”
