A realistic, high-definition image portraying scientists from MIT revealing the thermal properties of super failings

Mokslininkai iš Massachusetto technologijos instituto (MIT) atliko novatorišką tyrimą, kurio metu vizualiai užfiksavo, kaip šiluma superfluidų būsenoje gali elgtis kaip garsas. Tai reiškia, kad šiluma, kaip ir garsas, gali atsispindėti bei judėti bangomis. Šis reiškinys, vadinamas “antruoju garsu”, buvo pastebėtas eksperimentuose, atliekant tyrimą su ypatinga materijos sąlyga – superfluidu, kai atomai juda be trinties.

Pagrindinis faktas, aptartas šiame tyrime – šiluma gali “slosh” arba “klampoti” priešingai nei medžiaga, sukuriant osciliacijas panašias į garso bangas. Richardas Fletcheris, MIT fizikos docentas ir vienas iš tyrimo autorių, palygino tai su vandens baką, kurio viena pusė yra beveik verda, tačiau vanduo išlieka ramus.

Svarba

Šis atradimas, paskelbtas žurnale “Science”, padeda fizikams geriau suprasti šilumos elgseną superfluiduose ir panašiose medžiagose, tokiose kaip superlaidininkai ar neutronų žvaigždės. Martinas Zwierlein, MIT fizikos profesorius, nurodo, kad atradimai superploname dujų debesyje, kuris yra milijoną kartų plonesnis už orą, gali padėti mokslininkams įžvelgti ryšius su elektronų elgesiu aukštos temperatūros superlaidininkuose ir netgi neutronų elgsena itin tankiose neutronų žvaigždėse.

Eksperimento eiga

Eksperimento metu buvo naudojama ličio-6 atomų grupė, fermionai, kurie paprastai atmeta vienas kitą. Atomus atvėsinus netoli absoliutaus nulio ir pritaikius magnetinį lauką, mokslininkai privertė juos suformuoti superfluidą.

Taikant lazerio spindulį, buvo sukurta karšta vieta superfluide, o kitu lazerio spinduliu fiksuojami atsiradę šilumos raštai. Stulbinamai, šilumos raštai parodė periodinį judėjimą panašų į garso bangas, bet šie judesiai vyko nesuderintai su materijos bangomis, atspindint opozicinius šilumos ir materijos judėjimo kryptis – tai ir yra vadinama antruoju garsu.

DUK Skyrius:

Kas buvo išaiškinta naujame Massachusetto technologijos instituto tyrimo?
Tyrimo metu paaiškėjo, kad šiluma superfluidų būsenoje gali elgtis panašiai kaip garsas: atsispindėti ir judėti bangomis. Šis reiškinys yra vadinamas „antruoju garsu“.

Ką reiškia reiškinys “antrasis garsas” superfluiduose?
Antrasis garsas yra reiškinys, kai šiluma šilumos bangos formoje juda superfluide nesudarydama tiesioginio ryšio su medžiagos judėjimu, ir gali būti matuojama kaip periodinis judėjimas, panašus į garso bangas.

Kaip buvo atliekamas MIT tyrimas?
Eksperimento metu buvo atvėsinami ličio-6 atomai iki labai žemų temperatūrų ir sukurta superfluidinė būsena. Taikant lazerius sukurtos karštos vietos superfluide, po to fiksavami šilumos raštai, kurie parodė šilumos judėjimą bangų formoje.

Kodėl šis atradimas svarbus?
Atradimas leidžia geriau suprasti šilumos elgseną ekstremaliomis sąlygomis ir gali suteikti įžvalgų apie elektronų elgesį aukštos temperatūros superlaidininkuose bei neutronų elgseną neutronų žvaigždėse.

Kokie buvo pagrindiniai tyrimo etapai?
1. Ličio-6 atomų atvėsinimas iki absoliutaus nulio temperatūros.
2. Magnetinio lauko pritaikymas atomams, kad susiformuotų superfluidas.
3. Lazerių naudojimas šilumos sukūrimui ir šilumos raštų fiksavimui superfluide.

Kas yra superfluidai ir kaip jie susiję su šiuo tyrimu?
Superfluidai – tai materijos būsena, kurioje atomai juda be trinties. Būtent šioje būsenoje MIT mokslininkai stebėjo šilumos elgseną, kuri yra panaši į garso bangas.


Pagrindiniai terminai ir apibrėžimai:

Superfluidas – materijos būsena esant labai žemoms temperatūroms, kai ji juda be trinties ir pasižymi keistomis savybėmis, pavyzdžiui, galimybe lipti aukštyn per indo sienas.

Antrasis garsas – šilumos perdavimo reiškinys superfluide bangos formoje, nepriklausomai nuo medžiagos judėjimo.

Fermionai – kvantinės dalelės, kurios paprastai atmeta viena kitą, o tai yra susiję su jų prigimtine statistine elgsena, pagal Paulio neleidimo principą.

Absoliutus nulis – teorinis mažiausias įmanomas temperatūros lygis, kuriame visiškai sustoja medžiagos atomų judėjimas (-273,15 °C arba 0 Kelvinų).

Susijusios nuorodos:

Science – straipsnis apie tyrimą buvo paskelbtas šiame mokslinių publikacijų žurnale.

Massachusetts Institute of Technology (MIT) – institutas, kurio mokslininkai atliko minėtą tyrimą.