После ранее изученного явления двух звуковых волн в квантовых жидкостях ученые теперь наблюдали звук, движущийся с двумя разными скоростями в квантовом газе.
Если бы вы каким-то образом погрузились в трехмерный газ, использовали для этого исследования вы услышите каждый звук дважды: каждый отдельный звук переносится двумя разными звуковыми волнами, движущимися с двумя разными скоростями.
Это важное достижение в области сверхтекучести – жидкостей без вязкости, которые могут поток без какой-либо потери энергии.
Примечательно, что наблюдаемое в газе поведение с точки зрения плотности и скорости соответствовало параметрам, установленным двухжидкостной моделью Ландау, теорией, разработанной для сверхтекучего гелия в 1940-х годах. В значительной степени кажется, что когда дело доходит до установок с квантовым газом, применяются те же правила.
«Эти наблюдения демонстрируют все ключевые особенности двухжидкостной теории для сильно сжимаемого газа», — пишут исследователям в их опубликованной статье.
Мы бы сказали, не пытайтесь повторить это дома, но мы сомневаемся, что вы сможете: в этом эксперименте ученые охладили газ атомов калия менее чем до миллионная доля градуса выше абсолютного нуля, атомы задерживаются в вакуумной камере.
Это частично сформировало то, что известно как конденсат Бозе-Эйнштейна, где так мало энергии, что атомы почти не двигаются и не взаимодействуют друг с другом. . Затем взаимодействия были искусственно усилены, так что газ стал гидродинамическим — другими словами, больше похожим на жидкость.
Но поскольку конденсат Бозе-Эйнштейна по-прежнему сохранял высокую сжимаемость — как и воздух — он все еще был газ. Вместо двух жидкостей с несколько разными свойствами установка создавала сконденсированный и неконденсированный газ в одной, способной передавать две скорости звука.
«Мы наблюдали и первый, и второй звук в трехмерном сверххолодном бозе-анализе. газ, который достаточно сильно взаимодействует, чтобы быть гидродинамическим, но все еще хорошо сжимаемый», — пишут исследователи.
«Мы обнаружили, что двухжидкостная теория Ландау отражает все существенные черты этой системы, с первой и вторая звуковая мода, соответственно, с преобладанием колебаний нормальной и сверхтекучей составляющих.»
Жидкости и газы становятся квантовыми, когда они начинают проявлять квантово-механические свойства — они начинают подчиняться другому набору законов по сравнению с теми, которые управляют классической физикой Вселенной.
В данном случае квантовая природа газа объясняет пару звуков – один типичная волна сжатых частиц, другой – флуктуации тепла, которые действуют как частицы.
Все это подпитывает наши знания о квантовой гидродинамике, по сути, об изучении жидкостей в этом квантовом состоянии.
Квантовую область трудно понять, и понимание как это будет полезно для будущих исследований и наблюдений.
Как это часто бывает, это примечательное новшество — впервые было показано, как звук движется с двумя разными скоростями в квантовом газе — послужит трамплином для других типов исследований и экспериментов в последующие годы. приходите.
«Экспериментальный доступ как к микроскопическим, так и к гидродинамическим свойствам дает прекрасную возможность для дальнейшего изучения бозе-жидкостей. В частности, было бы интересно исследовать более низкие температуры», – пишут исследователи.
Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Попытка понять сложность мозга немного похожа на попытку понять обширность пространства-она выходит далеко за рамки…
Ученые, пытающиеся обнаружить неуловимую массу нейтрино, крошечные «призрачные частицы», которые могли бы решить некоторые из…
Новые наблюдения показали, что мы ошибались по поводу продолжительности дня на Уране. Это на 28…
1 апреля 2025 года тайваньский производитель TSMC представил наиболее продвинутую в мире микрочип: 2 нанометра…
Контейнер с маслом и водой, разделенный тонкой кожей намагниченных частиц, заинтриговал команду химических инженеров, принимая…
Когда астероид 2024 год впервые показал себя людям 27 декабря 2024 года, он, казалось, только…